GÉNESIS DE UN SUELO SÓDICO ALCALINO EN CHAGUARAMAS, VENEZUELA¹

José P. Guerrero-Alves*, Ildefonso Pla-Sentís** y Rafael G. Camacho*

 

RESUMEN

Muchos suelos alrededor del mundo presentan grandes cantidades de sodio, característica que conduce a la generación de suelos sódicos. En este tipo de suelos los riesgos de degradación siempre están presentes. Con el propósito de identificar factores y procesos que intervienen en la génesis de suelos sódicos, un pedón sódico alcalino representativo de la Formación Chaguaramas en el estado Guárico, Venezuela se caracterizó morfológica, física, química y mineralógicamente. Los resultados señalan: porcentajes de sodio intercambiable (PSI) de hasta 89%, acumulación de sales alcalinas de sodio (bicarbonatos y carbonatos), valores de pH elevados (> 8,5), valores de densidad aparente (Da) muy altos (hasta 2,27 Mg m^-3), conductividad hidráulica (< 2 mm h^-1) y macroporosidad bajas, precipitación de CaCO₃, mineralogía mixta destacada por esmectitas. Se infiere que el suelo es producto de la intemperización de rocas sedimentarias del terciario que interaccionaron con aguas ricas en sodio en las depresiones de los llanos altos centrales durante el período árido de finales del Pleistoceno. Las concentraciones elevadas de sales alcalinas de sodio serían producto de la acumulación de materia orgánica en un ambiente reductor que eliminó gran parte de los sulfatos como H₂S. La evolución del suelo salino-sódico resultante, durante el período Holoceno más húmedo, permitió la formación del horizonte nátrico, la sustitución progresiva en el complejo de cambio de iones divalentes por sodio y la precipitación de CaCO₃, la eliminación de sales a través del drenaje y, finalmente, cuando las sales totales disminuyeron hasta niveles críticos, ocurrió la degradación de la estructura.

 Palabras Clave: Sodicidad; hidrólisis alcalina; carbonato de sodio; carbonato de calcio.

SUMMARY

Many soils around the world present large amounts of sodium, characteristic that leads to generate sodic soils. In these soils risks of degradation are ever present. This study was conducted to identify factors and processes in the genesis of an alkali sodic soil from the Chaguaramas Formation (Chaguaramas, Guárico State, Venezuela). Thus some morphological, physic, chemical and mineralogical soil properties and characteristics were measured. The results shown exchangeable sodium percentage (ESP) up to 89%, accumulation of alkaline salts of sodium (bicarbonates and carbonates), pH higher than 8.5, soil bulk density (Db) up to 2.27 Mg m^-3, low hydraulic conductivity (< 2 mm h^-1) and macroporosity values, precipitation of CaCO₃, and mixed mineralogy characterized by presence of smectites. It was inferred that the soil was produced from alteration of tertiary sedimentary rocks that interacted with waters rich in sodium in depressions of the Venezuelan Central High Plains during the arid phase at the end of Pleistocene. High quantities of alkaline sodium salts were favored from the accumulation of organic matter in a reduced environment; event that led up to the elimination of high quantities of sulfates as H2S. The saline sodic soil evolved during the Holocene humid climate to promote the clay migration and natric horizon formation, the progressive substitution of divalent ions by sodium in the soil exchange complex, the precipitation of CaCO₃, the elimination of salts in the deep drainage, and finally, when the total quantity of salts were diminished to critic levels, to the degradation of the soil structure.

Key Works: Alkaline hydrolysis; sodium carbonate; calcium carbonate.

 

INTRODUCCIÓN

La sodificación de suelos (natural o antropogénica) provoca efectos negativos sobre la producción y la productividad de cultivos porque deteriora sus propiedades físicas, especialmente si el sodio se presenta con cantidades relativamente bajas de sales totales en la solución del suelo. Este deterioro se manifiesta generalmente en una drástica disminución en la conductividad hidráulica o en la tasa de infiltración del agua en el suelo y puede ser difícil de corregir porque generalmente requiere la utilización conjunta de enmiendas, grandes volúmenes de agua y complicados sistemas de drenaje. Por consiguiente, se cree que la mejor alternativa de manejo para controlar la sodicidad, si es posible, es la prevención. En áreas de importancia agrícola en Venezuela, con o sin riego, existen trabajos que señalan la presencia de suelos sódicos (SS) y salino-sódicos en la cuenca del Lago de Maracaibo, llanos Centro-Occidentales (estados Apure, Cojedes, Guárico y Portuguesa), algunas áreas dispersas en los estados Falcón, Lara y Yaracuy, la cuenca del Lago de Valencia y en parte del estado Monagas (Schargel, 1984; Pla, 1985; Schargel et al., 1988; García-Miragaya et al., 1990; Guerrero, 1998). Los SS se caracterizan por presentar porcentajes de sodio intercambiable (PSI) > 15 o relaciones de adsorción de sodio (RAS) > 13 (mmol l^-1)1/2 y conductividades eléctricas en el extracto de saturación (CE) < 4,0 dS m^-1 (Salinity Laboratory Staff, 1954; Soil Survey Staff, 1999). El Salinity Laboratory Staff (1954) señala además que el pH en pasta saturada puede ser superior a 8,5 en los SS. Sin embargo, el pH no es un criterio de diagnóstico para sodicidad (Van Beek y Van Breemen, 1973) porque existen SS con pH menor que 8,5. No obstante, suelos con valores elevados de pH (> 8,5) tienen invariablemente grandes cantidades de sodio, lo que puede atribuirse a la acumulación de sales de sodio (bicarbonatos y carbonatos) con hidrólisis alcalina (Cruz-Romero y Coleman, 1975; Gupta y Abrol, 1990). Recientemente, Guerrero et al. (2002) desarrollaron un modelo para simular y explicar el comportamiento de sales alcalinas de sodio (SAS) en presencia de un intercambiador de iones (Ca-Mg-Na), CaCO₃, cloruros y sulfatos. Los resultados obtenidos mostraron que los valores elevados de pH son posibles en suelos que acumulan, a relativamente baja fuerza iónica, SAS y CaCO₃ sin tener que recurrir a la hipótesis de la “hidrólisis del sodio intercambiable”. Por otra parte, Van Beek y Van Breemen (1973) postularon que un recuento de los procesos que determinan la magnitud de la alcalinidad (ALC) y de la alcalinidad residual (ALCR) serían útiles para identificar los factores asociados con la formación de suelos alcalinos. La ALCR puede escribirse como:

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

donde la ALCR es la porción de la ALC asociada a los bicarbonatos y carbonatos de iones monovalentes y los corchetes [ ] se refieren a concentraciones molares de las especies en solución. La ecuación (1) sugiere que cualquier incremento en la ALCR debe estar acompañada por un incremento equivalente en las concentraciones de Na y/o K o una disminución equivalente en la concentración de aniones diferentes a bicarbonatos y carbonatos (Cl^-, SO₄^2- o NO3-). Como el K⁺ se encuentra normalmente en muy bajas cantidades en la solución del suelo, el aumento de la ALCR podría ser sólo interpretado como la acumulación de SAS en el ambiente físico-químico del suelo. Es de resaltar, tal como se deriva de la ecuación (1), que si en el medio existen incrementos de Na⁺ y los contraiones son cloruros o sulfatos no hay ganancia neta de ALCR. Por esta razón, suelos que acumulan Na₂SO₄ y NaCl no deberían considerarse sódicos aún teniendo valores elevados de RAS (Pla, 1985; Gupta y Abrol, 1990) porque pueden ser desalinizados (y por tanto desodificados) sin necesidad de enmiendas. Esto sugiere que el proceso más importante para la sodificación y posterior alcalinización de los suelos es la acumulación de SAS. El propósito de este trabajo fue caracterizar morfológica, física, química y mineralógicamente un SS alcalino con el fin de inferir su posible génesis en el ambiente fisiográfico de los llanos altos centrales del estado Guárico-Venezuela. Se da particular atención a los factores y procesos que en este suelo podrían estar involucrados en el desarrollo de la acidez superficial, la formación del horizonte nátrico, la precipitación de carbonatos de iones divalentes y el uso de la ALCR como un indicador cualitativo y cuantitativo de la acumulación de SAS y la eventual sodificación del complejo de cambio.

 MATERIALES Y MÉTODOS

El pedón objeto de estudio (en lo sucesivo denominado Pantanal) está localizado en la transición entre el tope plano y el plano inclinado de una colina con pendiente de 5% en el sentido O-E, a 1 km de Chaguaramas (estado Guárico-Venezuela; 9º 20’ 36’’ LN y 66º 14’ 40’’ LO) como lo muestra la Figura. La geología de la zona está caracterizada por rocas sedimentarias (areniscas y lutitas) de la Formación Chaguaramas (MARNR, 1985). Los registros climáticos (1970-1994) para la estación de Valle de la Pascua (28 km al SE de Chaguaramas) señalan una precipitación anual promedio de 888 mm y una temperatura anual promedio de 27,4 °C (min = 22,1 °C, max = 32,7 °C). El suelo al que pertenece el pedón ha sido cultivado tradicionalmente con maíz o sorgo produciendo siempre muy bajos rendimientos. La ubicación del sitio de muestreo fue seleccionada, basados en la caracterización edafoclimática preliminar de sitos experimentales del Fondo Nacional de Investigaciones Agropeciarias (FONAIAP) según Quintero (1987); revelando para ese entonces la presencia de un polipedón fuertemente sódico alcalino. El pedón seleccionado para el trabajo (ver Figura) corresponde a una inclusión de la unidad de suelos A014, a nivel de Grandes Grupos (mapa de suelos a escala 1: 250.000), que se presenta como un grupo no diferenciado constituido por frecuentes Chromusterts, Haplustalfs y Ustropepts (MARN, 1999). Estos Grandes Grupos se encuentran generalmente caracterizados por suelos de textura fina y salinidad moderada (4-8 dS m-1; MARN, 1999). La descripción del perfil en campo fue conducida de acuerdo a procedimientos estándares (Soil Conservation Service, 1981). Muestras representativas de suelo no disturbado (cilindros de suelo) fueron tomadas en la superficie (cerca de la calicata) con un muestreador Uhland (Pla, 1983) y manualmente en el tope de cada horizonte genético, calicata escalonada (Guerrero, 1998); siendo reservadas para análisis físicos de laboratorio. En el tope de cada horizonte genético también se realizaron determinaciones de la densidad aparente (Da) por el método del hoyo (Pla, 1983). Adicionalmente, muestras de suelo disturbado fueron tomadas desde la superficie hasta los 250 cm. En los primeros 200 cm, el muestreo se hizo en bandas de 10 cm de espesor y aproximadamente 1 m de ancho en las paredes de la calicata y, con barreno, cada 10 cm, en los restantes 50 cm a partir del fondo de la calicata (Guerrero, 1998). Estas muestras fueron dispuestas para análisis físicos y químicos complementarios en el laboratorio. Los cilindros de suelo no disturbado fueron usados para medir conductividad hidráulica y estimar las relaciones de porosidad (Pla, 1983). En todos los casos anteriores, los resultados fueron el promedio de tres determinaciones. Por otra parte, cada una de las 25 muestras de suelo disturbado fueron secadas al aire y dividida en 2 porciones por apilonado y cuarteado (Guerrero, 1998). La primera porción (exclusiva para análisis físico) fue pasada a través de un tamiz de 2 mm; siendo descartado el esqueleto grueso (partículas > 2 mm) después de pesado. Las muestras tamizadas y homogenizadas fueron usadas para determinar distribución de tamaño de partículas (método de Bouyoucos) y fraccionamiento de la arena (Pla, 1983). En la segunda porción (exclusiva para análisis químico), el esqueleto grueso fue individualmente pesado, triturado (< 2 mm) e incorporado con homogenización al material < 2 mm. Estas muestras fueron usadas para medir pH en pasta saturada y el extracto fue empleado para determinar Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, CO₃^2-, HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2- (iones solubles), relación de adsorción de sodio (RAS) y conductividad eléctrica (CE; U.S. Salinity Laboratory Staff, 1954). Como todos los extractos de Pantanal fueron coloreados, se usó el procedimiento de Robbins (1989) para clarificarlos. Las sales solubles [Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, NaCl, Na₂SO₄, Na₂CO₃, NaHCO₃ y KCl] fueron conformadas a partir de la composición de iones solubles según el procedimiento de Guerrero (1998). Por otra parte, 100 g de las muestras (exclusivas para análisis químicos) fueron trituradas hasta un tamaño < 0,425-mm y homogeneizadas. Estas muestras se usaron para determinar capacidad de intercambio catiónico (CIC), porcentaje de sodio intercambiable (PSI) por la U.S. Salinity Laboratory Staff (1954), carbonatos de calcio y magnesio precipitados (Pla, 1969). Todas las determinaciones químicas y los resultados que se derivan de ellas corresponden al promedio de tres determinaciones. Los tratamientos de saturación y calentamiento de las muestras de arcilla orientada sobre láminas de vidrio siguieron el método estándar de Jackson (1969). La difracción de rayos X (DRX) fue realizada utilizando un difractómetro de rayos X Phillips PW1730 con radiación alfa de Co-Fe, potencial de aceleración de 40 kV y una corriente de 30 mA en el tubo de rayos X. Los espectros fueron registrados desde 4 hasta 35°, en unidades 2q, a 0,03 ° s^-1. Los minerales identificados fueron cuantificados porcentualmente basados en el área de los picos con mayor intensidad (Malagón, 1979). Las fracciones densas de las arenas fueron analizadas empleando microscopía petrográfica (Malagón, 1979). El material grueso > 45 mm se trató con agua oxigenada (30%) y ácido oxálico (1 N) para eliminar materia orgánica y óxidos de hierro, respectivamente. El fraccionamiento en arena liviana y arena densa se hizo con bromoformo (Parfenoff et al., 1970) y el montaje de las arenas densas (con Bálsamo de Canadá) en láminas de vidrio fue realizado siguiendo el procedimiento de Aleixandre y Pinilla (1968). Una vez identificados los minerales en cada lámina, se contaron alrededor de 500 a 700 especies y la cantidad de cada mineral se expresó porcentualmente sobre la base del número total de granos contabilizados. La proporción de intemperismo fue determinada como la relación de minerales resistentes (circón + turmalina) / minerales alterables (anfíboles + piroxenos; Malagón, 1979).

 

Figura. Ubicación aproximada del pedón Pantanal (UTM: 803.032 E; 1.034.194 N) en el área de estudio (Mapa fuente: MARNR, 1999).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Características morfológicas y físicas. El pedón sódico Pantanal se clasificó como Typic Natrustalf, francoso grueso, mixto, activo, isohipertérmico (Soil Survey Staff, 1999) y muestra una secuencia de horizontes Ap-E                                           n-Btkn-Ckn (Cuadro 1). Los horizontes presentan matices en húmedo que van desde 7,5YR hasta 10YR y una textura que varía entre franco arenoso (Fa; Ap, En y Ckn2) hasta franco arcillo arenoso (Faa; Btkn1 y Ckn1) o franco arcilloso (FA; Btkn2 y Btkn3). En términos generales, el contenido de arena (principalmente arena fina y muy fina) en Pantanal fue relativamente elevado en todo el perfil (> 34%; Cuadro 3), reflejando esta clase de distribución la intemperización rápida de la roca parental (Chen et al., 2001); posiblemente materiales ricos en areniscas terciarias provenientes de la Formación Chaguaramas. El horizonte Ap presenta una consistencia suelta en seco, ligera adherencia y ligera plasticidad, lo que revela bajos contenidos de arcilla. Por debajo del Ap se encontró un horizonte En cuyos primeros 10 cm se caracterizan por una estructura blocosa subangular muy gruesa y fuerte, pasando a una condición masiva en el resto del horizonte. Además, el horizonte En se caracterizó por ser muy duro a extremadamente duro, ligeramente adherente y ligeramente plástico; estas dos últimas características quizás un reflejo del relativamente bajo contenido de arcilla (Cuadro 1). 

Por debajo del horizonte En, se encuentra un horizonte Bt, el cual se subdivide en tres subhorizontes: Btkn1, Btkn2 y Btkn3. Todos los subhorizontes Bt fueron caracterizados por una estructura blocosa subangular, muy duros, firmes, muy adherentes y muy plásticos (Cuadro 1). Estas características indican un contenido de arcilla más elevado que el de los horizontes suprayacentes y representan un horizonte nátrico. Los porcentajes de arena fina + arena muy fina, sobre base libre de arcilla (aflA), fueron aproximadamente constantes hasta los 105 cm (Cuadro 3), indicando que los materiales del suelo parecen ser uniformes hasta esa profundidad. 

Este resultado también es confirmado por la poca variación de la proporción de intemperismo (Cuadro 6) para los horizontes En, Btkn1 y Btkn2 (entre 18 y 140 cm de profundidad). Por estas razones, podría asumirse que la acumulación de arcilla en este suelo tiene un origen iluvial sólo hasta los 105 cm de profundidad. Los horizontes Btkn2 y Btkn3 también presentaron caras de fricción (slikensides), lo que evidencia apreciable pedoturbación entre 105 y 160 cm de profundidad y sugiere la presencia de esmectitas. Estos filosilicatos, aunque se observan prácticamente desde la superficie, son particularmente más abundantes en el horizonte Btkn2 de Pantanal (Cuadro 5). 

CUADRO 1. Características morfológicas en el perfil Pantanal (CM = color Munsell).

 

‡ Fa: franco arenoso; FAa: franco arcillo arenoso; FA: franco arcilloso.

* 0: sin estatura; 1: débil; 2: moderada; 3: fuerte; mf: muy fina; f: fina; m: media; g: gruesa; muy gruesa; s: grano simple; ma: masiva;

p: prismática; bcs: blocosa subangular (1 Primeros 10 cm; 2 Resto del horizonte).

D s: suelto; ld: ligeramente duro; md: muy duro; ed: extremadamente duro; fr: friable; fi: firme; la: ligeramente adherente;

moa: moderadamente adherente; mua: muy adherente; lp: ligeramente plástico; mop: moderadamente plástico; mup: muy plástico.

§: Presentan caras de fricción (slikensides); ¥: Presentan nódulos de Fe-Mn; ¤: Presentan manchas negras con reacción al H₂O₂.

El horizonte C se divide en dos subhorizontes: Ckn1 y Ckn2. Ambos revelan una estructura prismática gruesa, aunque fuerte y débil respectivamente (Cuadro 1). No obstante, Ckn1 fue muy duro, firme, moderadamente adherente y moderadamente plástico, mientras que Ckn2 fue ligeramente duro, friable, ligeramente adherente y ligeramente plástico producto del menor contenido de arcilla en el Ckn2 (Cuadro 3). Excepto para el horizonte Ap, valores elevados de Da estuvieron presentes en todos los horizontes del suelo Pantanal (Cuadro 2). Estas Da estuvieron asociadas a muy bajas macroporosidades (£ 4,2%) y conductividades hidráulicas (£  0,3 mm h^-1); esto último confiere al suelo Pantanal una muy baja permeabilidad al agua (Cuadro 2). 

Propiedades químicas. Excepto para la profundidad de 0-10 cm (parte del Ap), los valores de CE, PSI y/o RAS (Cuadro 3) señalan que todos los horizontes del suelo Pantanal satisfacen los requerimientos establecidos previamente para un SS no salino (Salinity Laboratory Staff, 1954); esto último porque las CEs del extracto de saturación son menores que 4 dS m^-1 para todas las profundidades (Cuadro 3). 

Los valores de PSI (> 15%) y RAS [> 13 (mmol l^-1)1/2] superan ampliamente los límites establecidos (Salinity Laboratory Staff, 1954; Soil Survey Staff, 1999) para SS. Un PSI máximo de 88,51% se alcanza en la base del horizonte En a los 60 cm y enfatiza la naturaleza extremadamente sódica del perfil. Por debajo de los 20 cm, los valores de pH en pasta saturada son superiores a 8,5; sugiriendo la acumulación de SAS (Gupta y Abrol, 1990) en prácticamente todo el pedón. 

La distribución de sales en el suelo Pantanal (Cuadro 4) ratifica la acumulación de sales de sodio con hidrólisis alcalina, revelando que el NaHCO₃ es la sal más abundante, seguida en orden de abundancia por NaCl, Na₂CO₃ y Na₂SO₄, respectivamente. El Na₂CO₃ está ausente a las profundidades de 0-30 y 100-120 cm del perfil de suelo y las más elevadas acumulaciones de NaCl y Na₂SO₄ ocurrieron a la profundidad de 10-20 cm; esto último quizás un reflejo del drenaje restringido actual. 

Como era de esperar, los iones más importantes en Pantanal son: HCO₃- y Na⁺ (Cuadro 4). Para estos iones, las concentraciones más elevadas en los extractos de saturación fueron 14,52 y 25,36 m mol₍₊₎ l^-1, respectivamente (ambos a los 30-40 cm). El Ca+Mg alcanzó concentraciones ³1,0 m mol₍₊₎ l^-1 sólo en los primeros 50 cm del perfil del suelo (casi en la base del horizonte En a los 60 cm). Sin embargo, los cationes divalentes en solución están prácticamente ausentes por debajo de esa profundidad. 

CUADRO 2. Conductividad hidráulica (K), densidad aparente (Da) por el método del hoyo, macroporosidad (MP) y porosidad total (PT), determinadas para horizontes genéticos descritos en el suelo Pantanal.

* Media de tres determinaciones más su desviación estándar.

Cuando las concentraciones de sales solubles (Cuadro 4) se utilizan, conjuntamente con las CICs(Cuadro 3), para obtener las ecuaciones de regresión lineal (no señaladas aquí) para todos los posibles pares de variables, se encuentra que están linealmente poco correlacionadas (r2 entre 0,0014-0,3032). Sin embargo, cuando se usan como variables regresoras (en todas las combinaciones posibles) para pronosticar el contenido de Na intercambiable (Naint), se obtienen coeficientes de correlación (r) lineal múltiple que superan el valor de 0,9881. No obstante, en algunas ecuaciones de regresión (no empleadas aquí), los errores estándares para los coeficientes de las variables superan el 100%. La ecuación de regresión que simultáneamente arrojó los más bajos coeficientes de variación (entre 3 y 48%) para los coeficientes de las variables y el más alto valor de r (0,9903) fue la siguiente:

Na_int = -0,2254.[NaCl] + 0,1027.[NaHCO₃+Na₂CO₃] + 0,8751.CIC - 2,5511 (2) 

donde los corchetes [ ] hacen referencia a las concentraciones de las especies químicas en m mol₍₊₎ l^-1. 

La ecuación (2) permite estimar el 75% de los valores de Naint (Cuadro 3) con un error < 6%. Esta elevada correlación entre el Na_int  y las variables regresoras sugiere un complejo adsorbente muy homogéneo con la profundidad en cuanto a la naturaleza de sus arcillas; el cual posiblemente esté dominado por esmectitas. Señala además, que mientras mayor sea la CIC y la concentración de SAS y menor la concentración de NaCl, más elevada será la sustitución del sodio en el complejo de cambio. Por tanto, la sodificación progresiva del perfil tomó lugar a medida que se acumulaban SAS y los cloruros eran eliminados del sistema a través del drenaje profundo.

 Composición mineralógica. Los análisis mineralógicos de la arcilla y de la fracción densa de las arenas están resumidos en los Cuadros 5 y 6. Los datos en el Cuadro 5 revelan que la fracción arcilla del suelo Pantanal tiene una mineralogía mixta, donde coexisten minerales resistentes con minerales susceptibles a la alteración. La caolinita es el principal mineral resistente de la fracción arcilla. La composición del extracto de saturación (Cuadro 4) y los valores elevados de pH (Cuadro 3) en el suelo Pantanal están indicando un ambiente protector para la intemperización, sugiriendo que la acumulación de caolinita pudo ser heredada de materiales parentales más evolucionados. Este hecho parece reforzado por las cantidades elevadas de minerales resistentes en las arenas densas; tales como opacos, circón, rutilo y turmalina (Cuadro 6). 

Los análisis de difracción de rayos X (Cuadro 5) confirman que las esmectitas, asociadas con un ínter estratificado 14c/14m, son el segundo mineral en importancia de la fracción arcilla del suelo Pantanal. Sin embargo, las esmectitas (conjuntamente con la vermiculita) son responsables de las CIC_selevadas en suelos (Bohn et al., 1979) y deben ser los principales constituyentes del complejo adsorbente del suelo Pantanal; el cual también presenta elevados contenidos de Na_int  y PSI (Cuadro 3). Borchardt (1989) señala que la montmorillonita, perteneciente al grupo de las esmectitas, más bien muestra gran afinidad por cationes divalentes. Por otra parte, también señala que algunas esmectitas producto de cenizas volcánicas (denominadas bentonitas) están tan saturadas con Na que sugieren una formación en ambiente marino; a pesar de que el agua de mar sólo presenta una concentración de NaCl < 1 M. 

Como la mayor parte de los valores de PSI en Pantanal están entre 42 y 89% (Cuadro 3) es posible que un medio muy especial, diferente al ambiente estrictamente marino, sea necesario para obtener saturaciones elevadas con Na en el complejo de cambio. Este medio especial, tal como se analiza más adelante, podría ser suministrado por la acumulación simultánea de sales de sodio y materia orgánica (MO) en un ambiente reductor. 

CUADRO 3. Atributos químicos* y físicos, determinados a intervalos de 10 cm, en el suelo Pantanal

 

pH = pH en pasta saturada; CE = Conductividad eléctrica del extracto de saturación; PSI = Porcentaje de sodio intercambiable; RAS = Relación de adsorción de sodio; (CaMg)p = Carbonatos precipitados de Ca y Mg; CIC = Capacidad de intercambio catiónico; Naint = Sodio intercambiable; Naintp = Sodio intercambiable estimado por la ecuación 2; af+amf = Arena fina más arena muy fina; A = Arcilla. 

*Promedio de tres determinaciones para pH, CE, PSI, RAS (CaMg)p, CIC y Na_int ../...contin

 ../...continuación CUADRO 3.

Profundidad pH      CE     PSI          RAS     (CaMg)p      CIC     Naint   Naintp      Arena  Arcilla      af+amf                af+amf            esqueleto

      (cm)                 dS m-1         %      (m mol l-1)1/2                                                                                  (libre de A)                                grueso

                                                                             ---------------c mol kg-1---------------     --------------------------------%--------------------------------

 120-130                 9,50      1,723          79,82          42,01    30,89      25,54    20,39      20,38      39,7     34,1        33,70        51,14           1,57

130-140                  9,47      1,690          79,10          31,98    13,37      19,21    15,20      14,80      50,3    27,4        40,82        56,23              0,83

140-150                  9,46      1,544          81,60          32,41          4,46      21,82    17,81      16,89      38,3   34,6        33,43     51,12              0,31

150-160                 9,42      1,350          77,38          26,99          1,13      23,03    17,82      17,65      35,8   36,9        30,21        47,88            0,14

160-170                 9,51      1,715          72,90         43,35    33,84      21,54    15,70          16,84      40,2      32,7        33,43        49,67         2,89

170-180                 9,53      1,868          72,39         36,12    24,58      18,68    13,52          14,32      45,8      28,5        37,32        52,20         2,35

180-190                 9,51      1,601          72,72         31,56          8,65      13,26      9,64            9,55      55,9      20,1        46,79        58,56     0,87

190-200                 9,47      1,419          71,46         41,14          0,82      12,30      8,79            8,48      56,4      18,4        49,08        60,15    0,28

200-210                9,39      1,636          67,14         29,88          8,77      11,42      7,67            7,96      60,9      15,1        51,18        60,28     1,36

210-220                9,37      1,600          65,44         32,11          7,20      12,06      7,89            8,48      59,8      16,8        49,62        59,64     1,54

220-230                9,35      1,557          60,24         28,83          5,63      12,83      7,73            9,09      60,3      17,6        48,68        59,08     2,70

230-240                9,38      1,621          68,49         31,91          9,27      12,79      8,76            9,14      59,8      17,9        47,78        58,20     2,56

240-250               9,41      1,671          68,55         35,08    11,89      13,54      9,28            9,70      57,3      18,7        46,31        56,96         3,13

 pH = pH en pasta saturada; CE = Conductividad eléctrica del extracto de saturación; PSI = Porcentaje de sodio intercambiable; RAS = Relación de adsorción de sodio; (CaMg)p = Carbonatos precipitados de Ca y Mg; CIC = Capacidad de intercambio catiónico; Naint = Sodio intercambiable; Naintp = Sodio intercambiable estimado por la ecuación 2; af+amf = Arena fina más arena muy fina; A = Arcilla. 

*Promedio de tres determinaciones para pH, CE, PSI, RAS (CaMg)p, CIC y Na_int

 

CUADRO 4. Iones y sales solubles* determinados en extractos de saturación, a intervalos de profundidad 

de 10 cm, en el suelo Pantanal.

  

 

Profund.(cm)	CO32-	HCO3-	Cl-	SO42-	Ca+Mg	Na+	K+	Ca(HCO3)2¨	NaCl	Na2SO4	Na2CO3	Na2HCO3	KCl
---------------------------------------m mol(+)l-1----------------------------------
0-10	0,00	1,28	1,80	2,73	0,69	6,11	0,29	0,63	1,74	3,03	0,00	0,79	0,27
10-20	0,00	9,24	9,00	4,64	1,48	23,88	0,10	1,41	9,41	4,90	0,00	8,36	0,10
20-30	0,00	9,84	3,70	2,73	0,99	16,79	0,09	0,95	3,80	2,87	0,00	9,38	0,09
30-40	2,00	14,52	5,20	2,38	1,28	25,36	0,12	1,22	5,37	2,51	2,00	14,22	0,12
40-50	2,04	11,12	3,00	0,81	0,99	18,62	0,60	0,91	2,74	0,89	2,04	11,47	0,55
50-60	2,96	10,04	3,60	0,78	0,69	18,31	0,08	0,66	3,70	0,82	2,96	10,02	0.08
60-70	12,92	3,72	5,20	1,06	0,59	24,49	0,07	0,57	5,39	1,11	3,72	13,17	0,07
70-80	4,32	10,92	5,70	0,89	0,89	24,27	0,08	0,83	6,07	0,96	4,32	11,28	0,08
80-90	4,52	10,30	5,30	0,96	0,59	23,27	0,07	0,56	5,60	1,03	4,52	10,75	0,07
90-100	4,44	9,76	4,50	0,99	0,59	21,10	0,06	0,56	4,68	1,04	4,44	9,95	0,06
100-110	0,00	9,28	4,60	0,91	0,49	16,62	0,05	0,46	4,93	0,99	0,00	9,57	0,05
110-120	0,00	4,04	3,60	0,96	0,49	9,53	0,04	0,46	3,87	1,04	0,00	3,93	0,04
120-130	4,12	7,84	2,80	1,35	0,30	16,27	0,03	0,30	2,82	1,37	4,12	7,72	0,03

 

* Promedio de tres determinaciones ¨

* Incluye Ca⁺Mg
      
         
  ../...continuación CUADRO 4.

Profund.(cm)	CO32-	HCO3-	Cl-	SO42-	Ca+Mg	Na+	K+	Ca(HCO3)2¨	NaCl	Na2SO4	Na2CO3	Na2HCO3	KCl
---------------------------------------m mol(+)l-1----------------------------------
130-140	3,60	8,04	2,80	0,91	0,49	15,83	0,04	0,48	2,85	0,94	3,60	7,95	0,04
140-150	3,12	7,06	3,00	0,99	0,39	14,31	0,03	0,39	3,03	1,01	3,12	6,88	0,03
150-160	1,04	6,80	3,20	0,78	0,39	11,92	0,03	0,38	3,24	0,80	1,04	6,59	0,03
160-170	4,44	8,04	3,20	1,06	0,30	16,79	0,04	0,30	3,20	1,07	4,44	7,89	0,04
170-180	5,00	8,40	3,60	0,91	0,49	17,88	0,03	0,49	3,62	0,92	5,00	8,10	0,03
180-190	4,00	8,32	3,20	0,86	0,49	15,62	0,04	0,50	3,14	0,86	4,00	7,74	0,04
190-200	1,92	7,92	3,20	1,06	0,20	13,01	0,04	0,21	3,07	1,03	1,92	7,42	0,04
200-210	3,56	8,84	3,10	0,78	0,49	14,79	0,04	0,51	2,97	0,76	3,56	7,97	0,04
210-220	2,60	9,32	3,10	0,71	0,39	14,18	0,04	0,41	2,95	0,69	2,60	8,49	0,04
220-230	2,72	9,20	3,30	0,71	0,49	14,27	0,04	0,51	3,15	0,69	2,72	8,27	0,04
230-240	2,84	9,44	3,10	0,78	0,39	14,09	0,04	0,41	2,91	0,74	2,84	8,41	0,04
240-250	2,08	9,32	3,30	0,65	0,39	15,49	0,04	0,39	3,32	0,66	2,08	9,15	0,04

 

* Promedio de tres determinaciones ¨

* Incluye Ca⁺Mg  
      
         
         

CUADRO 5. Mineralogía de arcillas de los horizontes genéticos del suelo Pantanal, obtenida por difracción de rayos X.

   

Horizontes

Mineral                                    Ap        En        Btkn1       Btkn2       Btkn3       Ckn1

Caolinita                                    27         33         45              24              26                 26

Clorita                                         -           -           t**            t**             3                   4

Cuarzo                                       27         10         6                8                11                 12

Esmectitas+int.14c/14m*          5           13         15              25              17                 22

Feldespatos                               12         8           7                7                7                   6

Goethita                                    5           3           2                2                2                   2

Int.10/14c*                                3           3           2                1                t**                t**

Int.10/14v*                               -            -           3                3                  -                    -

Micas                                        8           14         8                12              18                 12

Paligorsquita                              -           -           -                -                -                      4

Talco-pirofilita                          3           6           5                8              6                     5

Vermiculita                                9           7           5               5               8                     6

Sepiolita                                   3            4          3                 4              3                     3

           
      * Int. = Interestratificado; c = clorita; m= montmorillonita; v = vermiculita; **t = trazas.    
                  

Por otra parte, la glaucofana (anfíbol sódico y magnésico) registra contenidos porcentuales (alrededor de 2-3%) que varían poco con la profundidad (Cuadro 6). La presencia de este mineral susceptible a la alteración plantea el dilema de la naturaleza ya sódica de los materiales parentales que dieron origen al pedón en lugar de la acumulación del sodio por procesos pedogenéticos. En ambientes deposicionales, es posible descartar la primera hipótesis cuando los SS se presentan asociados con otros no sódicos porque es poco probable que un polipedón herede sedimentos sódicos y no los polipedones vecinos. Pantanal formaría parte de polipedones que se encuentran como manchones sódicos asociados a suelos no sódicos; tal como se desprende del patrón de distribución de suelos en el área de estudio (ver Figura). Esto sugiere que la acumulación local de sodio se debe principalmente a procesos pedogenéticos y no a la naturaleza sódica de los materiales parentales. 

CUADRO 6. Mineralogía de las arenas densas y proporción de imtemperismo (C+T/A+P)¨ para los horizontes genéticos del suelo Pantanal, obtenidas por microscopia de luz polarizada.

* C+T = Circón + Turmalina; A+P = Anfiboles + piroxenos.

La glaucofana sólo se encuentra en rocas metamórficas de baja temperatura y alta presión (esquistos, eclogita, mármol) asociada con minerales como lawsonita, jadeita (piroxeno sódico) y aragonito (Mottana et al., 1980; Hurlbut y Klein, 1984). Es esencial en esquistos glaucofánicos y accidental en esquistos micáceos y cloritosos (Mottana et al., 1980). Los pH extremadamente alcalinos en Pantanal revelan un ambiente protector que inhibe la alteración y reprime la actividad de Mg en solución. Las relativamente pequeñas cantidades de glaucofana en las arenas densas (Cuadro 6), la poca cantidad de Mg en solución y precipitado como carbonatos (Guerrero, 1998) y la casi inexistente presencia de clorita en Pantanal (Cuadro 5) parecen descartar materiales parentales derivados de esquistos glaucofánicos y cloritosos. Las cantidades relativamente elevadas de micas (moscovita) en las arenas densas (Cuadro 6) y en la fracción arcilla de Pantanal (Cuadro 5), que aumentan con la profundidad, soportan la idea de que los materiales parentales provengan de esquistos micáceos y por tanto, la glaucofana haya sido heredada como mineral accidental. Esto también descarta la naturaleza sódica de los materiales parentales y constituye una evidencia mineralógica que señala que el sodio se acumuló en el suelo por procesos pedogenéticos. Procesos pedogenéticos. La acidificación en los primeros 10 cm del horizonte Ap puede ser atribuida al fenómeno de ferrólisis, el cual finalmente también produciría destrucción y posterior migración de la arcilla (Schargel, 1984; Schargel et al., 1988; Soil Survey Staff, 1999). El proceso total consiste de una sucesiva y alternada secuencia de reacciones de oxidación-reducción. Durante la reducción, el poco soluble Fe3+ se transforma en la forma Fe2+ más soluble, la cual desplaza a los cationes intercambiables que son removidos por lixiviación. Durante la etapa de oxidación, el Fe2+ se convierte nuevamente en compuestos insolubles de Fe3+ y además, se genera hidrógeno intercambiable (H+) por el déficit de bases cambiables. El H+ ataca a parte de los filosilicatos arcillosos con su subsiguiente destrucción, liberando Al3+ estructural y promoviendo aún más acidez. La presencia de nódulos de Fe-Mn (Cuadro 1), concentrados principalmente en el fondo de las grietas de la porción inicial del En (primeros 10 cm), podría ser considerada como una evidencia del proceso de ferrólisis en Pantanal. Por otra parte, como la arcilla fina tiene generalmente mayor movilidad que la arcilla gruesa (Buol et al., 1973), la destrucción de la arcilla producto de la ferrólisis podría intervenir parcialmente en la formación del horizonte argílico (Soil Survey Staff, 1999). No obstante, es posible que en el suelo Pantanal esta ferrólisis sea de origen relativamente reciente producto de las restricciones de drenaje actual y sin relevancia en la formación del horizonte de acumulación de arcilla. Hay que resaltar que parte de la arcilla fina producida en el Ap pudo intervenir en el taponamiento parcial de poros del horizonte En subyacente (especialmente en sus primeros centímetros) y contribuir, en consecuencia, a la gran compactación de este horizonte (Cuadro 2). Sin embargo, la pérdida irreversible de la estructura del En debió haber sido causada principalmente por la acumulación elevada SAS, en un ambiente con relativamente baja fuerza iónica, que promovió simultáneamente la dispersión de parte de la arcilla remanente (especialmente la caolinita) y la precipitación de importantes cantidades de carbonatos (Cuadro 3) con la consiguiente obturación de los poros del suelo y densificación en el horizonte. La taxonomía de suelos (Soil Survey Staff, 1975) refiere que los carbonatos de iones divalentes parecen efectivos en frenar el movimiento de la arcilla porque las acumulaciones sólo son comunes por encima de horizontes que tienen grava calcítica en una matriz no calcárea o en ausencia de carbonatos finamente divididos diseminados en la matriz del suelo. El suelo Pantanal presenta carbonatos precipitados en diferentes zonas del perfil (Cuadro 3) y una acumulación pedogenética de arcilla, entre 60-105 cm de profundidad, apoyada por las pruebas de uniformidad de los materiales parentales discutidas con anterioridad. Estos hechos parecen indicar que la acumulación de arcilla sólo pudo ocurrir antes de la precipitación de carbonatos; los cuales parecen estar constituidos principalmente por CaCO₃ porque el Ca total extraído con acetato de sodio (NaAc) a pH 5 es muy superior al Mg total (Guerrero, 1998). Como en este pedón no existe reacción al HCl en la masa del suelo en parte alguna del perfil, sólo en concreciones, se infiere que los materiales parentales no son calcáreos y que estos carbonatos precipitados deben tener un origen secundario. Por otra parte, la expansión o contracción del suelo debe ser lenta o ausente para permitir la formación de un horizonte argílico (Soil Survey Staff, 1975). El suelo Pantanal tiene importantes cantidades de materiales esmectíticos (Cuadro 5) por debajo del horizonte En. Las propiedades de expansión-contracción de las esmectitas, en consecuencia, podrían excluir la posibilidad de acumulación iluvial de arcilla en el suelo Pantanal. Sin embargo, el incremento en la concentración de iones en la solución en contacto con las esmectitas tiende a colapsar sus láminas y a reducir la tendencia a expandirse (Borchardt, 1989). Por lo antes expuesto, el proceso de acumulación de arcilla por iluviación, en un ambiente donde el complejo de cambio presenta un contenido importante de esmectitas, sólo podría ser posible con un elevado contenido de sales relativo. Esto indica que el SS actual posiblemente evolucionó a partir de un suelo salino-sódico (SSS) con relativamente alta permeabilidad. La cantidad de sales en Pantanal, desde 0 hasta 105 cm de profundidad, expresada por CEs > 2 dS m-1 en la mayor parte de los extractos de saturación (Cuadro 3), parece ser suficiente para restringir la capacidad actual de expansión-contracción de las esmectitas. Este hecho se infiere porque no había evidencia de caras de fricción en el Btkn1 y porque la acumulación de arcilla presente en esta zona del perfil parece ser de origen iluvial. Sin embargo, Pantanal presenta pedoturbación apreciable en forma de caras de fricción (Cuadro 1) entre los 105-160 cm de profundidad (horizontes Btkn2 y Btkn3) lo cual puede ser una manifestación conjunta de los contenidos menores de sales (CEs < 2 dS m-1) y la mayor cantidad de esmectitas (Cuadro 5); esto último también inferido por los valores más elevados de CIC en estos horizontes (Cuadro 3). Según Bohn et al. (1979) la MO es la principal donadora de electrones en el suelo y varias especies químicas actúan como receptoras de esos electrones en el proceso conocido como reducción. En la génesis de SS alcalinos, la reducción de sulfatos a H2S bajo condiciones anaeróbicas, actuando la MO como donadora de electrones, es quizás uno de los procesos más importantes; lo que puede expresarse en la siguiente reacción como:

2CH₂O + SO₄^2- ————> 2HCO3- + H₂S (3)

donde CH₂O es un carbohidrato hipotético que representa la MO del suelo. Como consecuencia de la producción y volatilización a la atmósfera del gas ácido H₂S, se incrementaría la ALCR y el pH del suelo porque el HCO3- producido no podría ser neutralizado nuevamente cuando se regeneren las condiciones de oxidación. No obstante, en un suelo anaeróbico existen otros aceptores de electrones que se encuentran en mayor cantidad que los sulfatos y, además, presentan un potencial de semi reacción más favorable (óxidos y oxo-hidróxidos de Fe-Mn). Sin embargo, según Bohn et al. (1979), en condiciones fuertemente reductoras los microorganismos del suelo pueden ser forzados a utilizar progresivamente aceptores de electrones más débiles como los sulfatos. Por otra parte, si los óxidos y oxo-hidróxidos de Fe-Mn actuaran como receptores de los electrones de la MO en condiciones de reducción, generarían compuestos no volátiles que neutralizarían el HCO3- producido al restaurarse nuevamente las condiciones de oxidación. Esto transcurriría sin ganancia neta de ALCR. Por tanto, suficientes cantidades de MO para inducir la reducción de sulfatos con generación de H₂S serían una fuente constante de bicarbonato en el sistema suelo-solución. Al lixiviarse una alta proporción de los cloruros (y parte de los sulfatos) a través del drenaje profundo, las SAS (bicarbonatos y carbonatos) se acumularían y reemplazarían progresivamente al NaCl y a otras sales en solución favoreciendo la sustitución de iones divalentes por sodio en el complejo de intercambio y la precipitación de CaCO₃-MgCO3 (Guerrero et al., 2002). Una vez precipitados, el Ca y el Mg no serían capaces de competir nuevamente por los sitios de intercambio y de allí la fuerte y eventual sodificación del perfil. En consecuencia, se incrementaría la ALCR y el pH del suelo. Las pequeñas cantidades de sulfato en el perfil Pantanal por debajo de los 40 cm (Cuadro 4) y la presencia de nódulos de Fe-Mn y manchas negras que reaccionan al agua oxigenada (H₂O₂) en diferentes partes del perfil (Cuadro 1), parecen apoyar la tesis de la reducción de sulfato propuesta por la ecuación (2). Por otra parte, las relativamente más elevadas cantidades de sulfato que se presentan en la superficie (0-40 cm) podrían ser, sin embargo, un reflejo de las condiciones actuales de drenaje restringido. En Venezuela, ha sido señalado que en el Alto Apure (Schargel, 1984) y en la planicie aluvial del río Portuguesa (Schargel et al., 1988), los elevados contenidos de sodio intercambiable pueden estar relacionados a la acumulación de aguas, con abundante sodio, que se concentraron por evaporación en áreas depresionales. Esto favoreció la sustitución de los cationes intercambiables por sodio y dio lugar a SSS durante el período árido que marca el final del Pleistoceno. En relación con Pantanal, las elevadas cantidades de Na intercambiable parecen ser favorecidas, según la ecuación 2, por la acumulación de SAS, a la lixiviación de cloruros y por altas CIC_s (posiblemente producto de la alta proporción de esmectitas en el complejo de intercambio). Los cloruros, conjuntamente con otros iones solubles, se lavaron durante el período más húmedo que caracterizó al Holoceno (Schargel, 1984; Schargel et al., 1988) evolucionando el SSS al actual SS Pantanal. Sin embargo, cuando las sales totales disminuyeron hasta niveles críticos ocurrió, en consecuencia, la dispersión de las partículas coloidales del suelo (degradación de la estructura) resultando en elevadas Da y bajas macroporosidades y conductividades hidráulicas. Sawhney y Baddesha (1989) registraron el efecto de la aplicación de yeso y riego sobre las propiedades de un SSS de la India (CE = 12-18 dS m-1, PSI = 70-75, K = 3-4 mm h^-1, pH = 10-10,6) y el rendimiento de arroz y trigo durante 1973-1983. Sus resultados indican que existen cambios en los atributos durante todo el proceso de recuperación de 11 años que llevó el SSS a no sódico en los primeros 60 cm. Esto parece demostrar que los SSS que acumulan SAS pueden ser lixiviados y recuperados en tiempos relativamente breves y hacen plausible la hipótesis de Schargel (1984) y Schargel et al. (1988) que durante el Holoceno el clima más húmedo favoreció el lavado de sales y los SSS evolucionaron a sódicos.

CONCLUSIONES

 - Se infiere que el suelo Pantanal es producto de la intemperización de materiales con cantidades elevadas de areniscas del terciario que interaccionaron con aguas ricas en sodio (quizás de origen marino) en las depresiones de los llanos altos centrales durante el período árido de finales del Pleistoceno.

- Las elevadas concentraciones de SAS fueron favorecidas por la acumulación de MO en un ambiente reductor que eliminó gran parte de los sulfatos como H₂S. La evolución del SSS resultante, durante el período Holoceno más húmedo, permitió la migración de arcilla y formación del horizonte nátrico, la sustitución progresiva de iones divalentes por sodio en el complejo de cambio y la precipitación de CaCO₃, la eliminación de sales a través del drenaje y, finalmente, cuando las sales totales disminuyeron hasta niveles críticos, ocurrió la degradación de la estructura.

AGRADECIMIENTO

 Los autores desean expresar su agradecimiento al Dr. Graciano Elizalde por su colaboración en la interpretación de los espectros de difracción de rayos X y en la identificación de los minerales de las arenas densas, al Dr. Richard Schargel por la clasificación taxonómica del perfil, al Ingeniero Agrónomo Ángel Valera por la elaboración del mapa que representa el área de estudio.

 

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