ciclo biogeoquímico del azufre en el suelo
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CICLO DEL AZUFRE EN EL SUELOKlaudia ÁlvarezSuelos IIPolitécnico Colombiano JIC
Generalidades
•S, Ca y Mg son elementos secundarios.•S, Mg requerimiento similar < Ca•Reacciones del S en el suelo muy
similares a N, dominadas por fracción orgánica o microbial.
•Ca y Mg asociados con la fracción coloidal del suelo. Comportamiento similar al K.
S en el suelo• 13º elemento más abundante en la corteza
terrestre.• La fuente original de S en el suelo es el sulfuro (S2-)
de las rocas.• Meteorización de las rocas – oxidación de S2- a SO4
2-
• SO42- :
▫precipitado como sales de SO42- solubles e insolubles
en climas áridos o semiáridos▫Absorbido por organismos▫Reducido por organismos bajo condiciones
anaeróbicas a S2- S0
▫Drena al mar
S en el suelo
S presente en el suelo en forma orgánica e inorgánica:
•Solución (SO42- )
•Adsorbido (SO42- )
•Insoluble (SO42- )
•Compuestos inorgánicos de S reducido
Fracción fácilmente disponible
Suelos deficientes en SO42-
• En América tropical 756 millones ha deficientes en SO4
2- disponible
(51% del área total).
• En Colombia regiones con deficiencia de SO42- :
▫ Orinoquia▫ Amazonia▫ Cordilleras andinas
• En Colombia regiones con suficiencia de SO42- :
▫ Valles interandinos▫ Región caribe
Formas de S en las plantas
•Absorbido por raíces (SO42- ) casi 100%
•Poca cantidad como (SO2 )g -óxido de S-
absorbida por las hojas y utilizado dentro de las plantas. Altas concentraciones son tóxicas.
•Concentración de S en plantas:▫0.1 – 0.5%
•Incremento de S en las plantas:▫graminea< leguminosa< crucífera
Funciones del S
•Enlaces disulfuro (---S---S---):▫Entre cadenas de polipéptidos dentro de
las proteínas para que se plieguen.▫Para determinar la configuración y las
propiedades catalíticas o estructurales de las proteínas.
•Necesario para la síntesis de coenzima A:▫Oxidación y síntesis de ácidos grasos▫Síntesis de aas▫Oxidación de compuestos en Ciclo de Krebs
Funciones del S• Síntesis de aminoácidos como cistina, cisteína
y metionina (componentes esenciales de las proteínas)
• 90% del S en las plantas encontrado en aas• S importante en la nutrición animal• Forrajes que tienen deficiencia de S acumulan
N no proteico en forma de NH2 y NO3-
• Relación N/S 9:1 - 12:1 necesaria para uso efectivo de N por los microorganismos del rumen
Funciones del S
•S requerido para la síntesis de la clorofila (aunque no es un constituyente)
•Parte vital de ferredoxinas (transporte de e-):▫Proteínas del Fe-S en los cloroplastos▫Reducción de NO2
- y SO42-
▫Asimilación de N2 por FBN nódulo y libres
•Presente en compuestos volátiles – sabor y olor cebollas
Síntomas visuales de deficiencia•Similares a los de N
▫N- hojas viejas▫S- tejidos jóvenes
•Retardo en crecimiento de las plantas•Plantas uniformemente cloróticas•Tallos delgados
Síntomas visuales de deficiencia•Crucíferas (repollo, colza, canola)
▫Color rojizo envés de las hojas▫Dobladas hacia dentro (canola/colza)▫Color rojizo y púrpura haz y envés▫Hojas con superficies lisas y cóncavas▫Floración pálida▫Daño severo en semillas
Formas de S en el suelo
1. SO42- en la solución
2. SO42- adsorbido
3. SO42- precipitado con CaCO3 (CaCO3-
CaSO42-)
4. S inorgánico reducido (S2-, S0)5. S orgánico
Formas de S en el suelo
1. SO42- en la solución
•Difusión y flujo de masas•Nivel adecuado en el suelo: 6 -12 mg kg-1
•Colza, alfalfa requieren altas concentraciones
•La mayoría de los suelos tienen menos de 10% de S total como SO4
2- (excepto en áreas secas con acumulaciones de sales de SO4
2- )
Nutriente Intercepción radical (%)
Flujo masal(%)
Difusión(%)
Maíz/Alfisol (Barber, 1995)
N 1 79 20P 2 5 93K 2 18 80
Ca 29 71 0Mg 13 87 0S 2 98 0
Rango de concentración de algunos nutrientes en la solución del suelo
Nutriente Concentración solución (mM)
Citoplasma (mM)
NO3- 0.1-5.0 50-100
NH4+ 0.1-1.0 50-100
H2PO4- y HPO4
2- 0.001-0.05 0.1-0.5
K+ 0.1-1.0 100-200
Ca2+ 0.1-5.0 100-200
Mg2+ 0.1-2.5 100-200
SO42- 0.1-1.0 0.1-0.5
Parámetro Unidad InterpretaciónMuy baja Baja Media Alta Muy alta
P mg kg-1 < 5 5-15 15-30 30-45 > 45S mg kg-1 < 3 3-6 6-12 12-15 > 15Fe mg kg-1 < 10 10-25 25-50 50-100 > 100Mn mg kg-1 < 2.5 2.5-5 5-10 10-20 > 20Cu mg kg-1 < 0.5 0.5-1 1-3 3-5 > 5Zn mg kg-1 < 0.5 0.5-1.5 1.5-5 5-10 > 10B mg kg-1 < 0.2 0.2-0.5 0.5-1 1-1.5 > 1.5
Ca cmolc kg-1 <1 1-3 3-6 6-9 > 9
Mg cmolc kg-1 <0.5 0.5-1.5 1.5-2.5 2.5-3 > 3
K cmolc kg-1 < 0.05 0.05-0.15 0.15-0.3 0.3-0.5 > 0.5
Na cmolc kg-1 < 0.5 0.5-1 > 1
Al cmolc kg-1 < 0.5 0.5-2 > 2
Rangos para interpretar análisis de suelos
Formas de S en el suelo
Pérdidas de S•SO4
2- NO3- lixiviado de la superficie del
suelo•A > cantidad de agua de percolación
> movimiento hacia abajo de SO42-
•Pérdidas de SO42- son mayores cuando:
K+ = Na+ > Ca2+ = Mg2+
•Pérdidas de SO42- son menores en suelos
ácidos con alta cantidad de Al3+
intercambiable.
Formas de S en el suelo
SO42- adsorbido
•Suelos altamente meteorizados•Regiones lluviosas - óxidos de Fe/Al•Ultisoles y oxisoles
Formas de S en el suelo
Mecanismos de adsorción SO42-
1. Intercambio aniónico causado por cargas positivas de óxidos de Fe/Al o en arcillas- caolinita a valores bajos de pH.
2. Complejos SO42- con Al(OH)x
3. Desarrollo de cargas positivas de la MOS
Formas de S en el suelo
1. SO42- en la solución
2. SO42- adsorbido
3. SO42- precipitado con CaCO3 (CaCO3-
CaSO42-)
4. S inorgánico reducido (S2-, S0)5. S orgánico
Formas de S en el suelo
2. SO42- adsorbido
•Reservas de SO42- (1/3 parte de S total) en
subsuelos son el resultado de eluviación o lixiviación de SO4
2- de los perfiles superiores.
•Los cultivos pueden utilizar el SO42-
adsorbido en el subsuelo, pueden presentar deficiencia de S en los primeros estados de crecimiento hasta que las raíces alcanzan el subsuelo.
Factores del suelo que afectan la adsorción/desorción de SO4
2-
1. Contenido y tipo de mineral arcilloso2. Hidróxidos de Fe/Al3. Horizontes del suelo4. Efecto del pH5. Concentración de SO4
2-
6. Efecto del tiempo7. Presencia de otros iones8. Materia orgánica
adsorción/desorción de SO42-
Contenido y tipo de mineral arcilloso•Adsorción de SO4
2- incrementa con el contenido de arcilla en los suelos.
•Caolinita > illita > montmorillonita
Hidróxidos de Fe/Al•Responsables de la > adsorción en los
suelos
adsorción/desorción de SO42-
Horizontes del suelo•Adsorción > en subsuelos debido a > cant
de arcillas y óxidos de Fe/Al
Efecto del pH•> adsorción suelos fuertemente ácidos•Despreciable a pH > 6.5•CIA incrementa con disminución de pH
adsorción/desorción de SO42-
Concentración de SO42-
•Adsorción SO42- en equilibrio con SO4
2- en solución
•> aporte SO42- en solución > SO4
2-
adsorbido
Efecto del tiempo•> adsorción > periodo de t de sulfato en
contacto con superficies adsorbentes
adsorción/desorción de SO42-
Presencia de otros aniones•La fuerza de adsorción decrece:
OH- >H2PO4- > SO4
2- > NO3- = Cl-
Efecto de cationes•La cantidad de sulfato retenida es
afectada por el catión asociado o intercambiableH+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4
+ > Na+
adsorción/desorción de SO42-
Materia orgánica
•En algunos suelos la MOS contribuye a la adsorción de sulfato.
Formas de S en el suelo
1. SO42- en la solución
2. SO42- adsorbido
3. SO42- precipitado con CaCO3 (CaCO3-
CaSO42-)
4. S inorgánico reducido (S2-, S0)5. S orgánico
Formas de S en el suelo3. SO4
2- precipitado con CaCO3 (CaCO3-CaSO42-)
• Importante fracción del S total en los suelos calcáreos.
• Disponibilidad del CaCO3-CaSO42- incrementa
con disminución del pH y disminución del tamaño de partículas de CaCO3 y con el incremento del contenido de humedad.
• Pulverizando muestras de suelo hará al SO42-
disponible a extracción química, obteniendo más S del que está disponible bajo condiciones de campo.
Formas de S en el suelo
1. SO42- en la solución
2. SO42- adsorbido
3. SO42- precipitado con CaCO3 (CaCO3-
CaSO42-)
4. S inorgánico reducido (S2-, S0)5. S orgánico
Formas de S en el suelo 4. S inorgánico reducido (S2-, S0)
•El sulfuro no existe en los suelos bien drenados. Bajo condiciones anaeróbicas, en suelos inundados, el H2S (ac sulfhidrico) se acumula por la descomposición de la MO.
•El S2- se acumula en regiones costeras – mar
•En suelos sumergidos con alta cant de Fe, el H2S liberado por la descomposición de la MO reacciona con el Fe y forma FeS2 (pirita). Color oscuro del mar negro.
Fe2S•Cuando el suelo es drenado los compuestos
de S son oxidados a SO42-:
•FeS2 + H2O + 3.5O2 Fe2+ + 2SO42- + 2H+
•S0 puede ser oxidado en el suelo por reacciones químicas o por oxidación microbial▫Población microbial en el suelo
Thiobacillus Chlorobium Chromatium
▫Características de la fuente de S▫Condiciones medioambientales en el suelo
Formas de S en el suelo
1. SO42- en la solución
2. SO42- adsorbido
3. SO42- precipitado con CaCO3 (CaCO3-
CaSO42-)
4. S inorgánico reducido (S2-, S0)5. S orgánico
Formas de S en el suelo 5. S orgánico
•La proporción de S orgánico total varía de acuerdo al tipo de suelo y a la profundidad en el perfil del suelo.
•C/N/S: 120/10/1.4•N/S: 6-8:1•La naturaleza y propiedades de la
fracción orgánica en el suelo son importantes porque influyen en la liberación de S disponible para las plantas.
Formas de S en el suelo 5. S orgánico
•Tres grupos en el suelo de compuestos de S:
•S Reducible: S orgánico reducido a H2S. •50% del S orgánico total
Sustancias:▫Arilsulfatos▫Alkisulfatos▫Sulfatos fenólicos▫Polisacáridos y lípidos sulfatados
Formas de S en el suelo 5. S orgánico
•Tres grupos en el suelo de compuestos de S:
•Enlace S-C: 10-20% de S orgánico total
▫Aminoácidos (cistina y metionina)▫Formas mas oxidadas del S (acido
sulfónico..)
Formas de S en el suelo 5. S orgánico
•Tres grupos en el suelo de compuestos de S:
•S Residual: S orgánico remanente•Fracción no identificada•30-40% de S orgánico total
Mineralización e Inmovilización del S
Mineralización:•Conversión de S orgánico a inorgánico
(SO42-)
Inmovilización:•Conversión de (SO4
2-) a S orgánico
Cualquier factor que afecte el crecimiento de los microorganismos altera la mineralización y la inmovilización del S
Factores que afectan la mineralización y la inmovilización del S•Contenido de S de la MO•Temperatura del suelo•Humedad del suelo•pH del suelo•Presencia o ausencia de plantas•Tiempo de cultivo•Actividad sulfatasa
Factores que afectan… Contenido de S de la MO•Mineralización S depende de contenido de S en
el material en descomposición (=N)•Pocas cantidades de SO4
2- son liberadas de residuos bajos en S, similar a mineralización N
•S puede ser inmovilizado en suelos con C/S o N/S muy grande:
•C/S: 200/1 (o menor) sólo ocurre mineralización•C/S > se favorece inmovilización de SO4
2-
•S inmovilizado: humus del suelo, células mic y subproductos de la síntesis microbial
Factores que afectan… Contenido de S de la MO•Inmovilización ocurre con amplia C/S por
la conversión del C dentro de la biomasa microbialdebido a una necesidad mayor de S que si la relación C/S es baja.
•MO fresca tiene C/S: 50/1•Se requiere adecuada disponibilidad de N
y S para promover rápida descomposición de la MO
•De lo contrario se puede inducir deficiencia de N o S al siguiente cultivo.
Factores que afectan… Temperatura del suelo•No mineralización de S: 10ºC•Incrementa a: 20-40ºC•Disminuye a: > 40ºC
•El efecto de la temperatura en la mineralización del S explica el mayor contenido de S en suelos de regiones templadas.
Factores que afectan… Humedad del suelo•Contenido de H óptimo: 60% de la capacidad de
campo.•Nivel de humedad < 15% y > 40%: baja
mineralización de S•En suelos deficientes en S después de períodos
secos – incremento en crecimiento de plantas:▫Diferencias grandes en condiciones de humedad
puede producir (flush) mineralización de S.▫Se incrementa la disponibilidad del S debido a
humedecimiento y secamiento del suelo
Factores que afectan… pH del suelo•El efecto del pH en la mineralización del
S no es claro•La cantidad de S liberado es directamente
proporcional al aumento de pH a 7.5.
•Cerca a pH neutro se espera aumento de actividad microbial y mineralización de S
Factores que afectan… Presencia o ausencia de plantas•Mineralización de S mayor en presencia
de plantas por:▫Estimulación de actividad microbial en la
rizosfera por excreción de aminoácidos y azúcares por las raíces.
•Buena cantidad de sulfato aplicado a suelos sin plantas es inmovilizado:
•No aplicar fertilizantes S a suelos en barbecho
Factores que afectan… Tiempo de cultivo•Como ocurre con N, cuando el suelo es
cultivado por primera vez su contenido de S disminuye rápidamente.
•Con el tiempo – nivel de equilibrio:▫Clima▫Prácticas culturales▫Tipo de suelo
•C/N/S de suelos vírgenes son > suelos cultivados▫S más resistente a la mineralización que C y N▫Pérdidas de C y N orgánico son > pérdidas S
Factores que afectan… Actividad sulfatasa•50% S total en la superficie de los suelos:
esteres de SO42- orgánico.
•Enzimas sulfatasas hidrolizan esteres y liberan SO4
2- son importantes en los procesos de mineralización
Volatilización del S
•Compuestos volátiles producidos a través de transformaciones microbiales bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas.
•Incrementa con incremento de MO•Cantidad de S volatilizado: < 0.05% S
total suelo
•Cultivos que crecen en suelos de textura gruesa son más susceptibles a deficiencias de S:▫Bajo contenido de MO▫Pérdida de sulfato por lixiviación
•En zonas con altas lluvias los fertilizantes que contienen sulfato tienen que ser aplicados con > frecuencia que en suelos de textura fina y menor régimen de lluvias.
Generalidades
•S aplicado puede ser inmovilizado en suelos con alta C/S o N/S
•Mineralización S es favorecida en suelos con baja C/S o N/S
•Disponibilidad de S incrementa con el contenido de MO
•Cultivos que crecen en suelos con <1.2-1.5% de MO requieren fertilización con S
Generalidades
Generalidades•Las gramíneas son menos eficientes en
utilización de sulfato que leguminosas.
•En praderas con mezclas, las gramíneas pueden absorber el sulfato disponible a una tasa mayor.
•S es requerido para la fijación de N2 por el Rhizobium
Fuentes de S
Enmienda NOMBREPORTADOR
NUTRICIONALS (%) Solubilidad
(g L-1) @ 20ºCPureza
Flor de azufreAzufre elemental
S2 100 (S) 90-95
Yeso Sulfato de calcio CaSO4. 2H2O 19(S),23(Ca) 2.55 g L-1 80-85%
Sulfato de magnesio
Sulfato de Mg MgSO4.7H2O 13(S),10(Mg) 33.7-260 98
SAMSulfato de
amonio(NH4)2SO4
24(21 N) 98
Sulfato de potasio
Sulfato de potasio
K2SO4 18(S), 50 (K2O) 123.8 98
FertilizantesEnmiendas
S aplicado
El contenido de S en enmiendas y fertilizantes se expresa en términos de S (%).
Enmiendas orgánicas (gallinaza, porcinaza, etc.) usualmente tienen 0.2-1.5% de S)
Fuentes de S
Enmienda NOMBREPORTADOR
NUTRICIONALS (%) Solubilidad
(g L-1) @ 20ºCPureza
NitrasamNitrato y
sulfato de amonio
NH4NO3, (NH4)2SO4
5 (30N) 90-95
Sulfomak Sulfato de K y Mg
K2SO4, MgSO4
18-22,22 (K2O), 11(MgO) 95
Superfosfato simple
Fosfato de calcio y yeso
Ca(H2PO4)2, CaSO4.2H2O 14(S), 20(P2O5)
Superfosfato triple Fosfato de
calcio y yesoCa(H2PO4)2, CaSO4.2H2O
1.5(S), 44(P2O5)
Urea + S Urea + S CO(NH2)2 + S 10-20 (36-40 N)
Sulfato de Zn Sulfato de Zn ZnSO4 18, 36(Zn)
FertilizantesEnmiendas
S aplicado
El contenido de S en enmiendas y fertilizantes se expresa en términos de S (%).
Recomendación de fertilizantes Sdepende de:
Especie bajo cultivo (más cuidado en algunos como leguminosas y hortalizas, cruciferas,...)
Nivel de S disponible en el suelo.Potencial de producción.
Dada la baja solubilidad del S2 y el requerimiento de oxidación microbial se aplica antes siembra (30 días antes de la siembra)
Yeso se aplica a la siembra o un poco antes: recomendable si se quiere precipitar iones de Aluminio
Sulfatos, son más solubles y se aplican en función del costo y de la necesidad de aplicar el nutriente acompañante (K, Ca, NH4 , Mg)
Aplicación de S
• Como enmienda (para disminuir pH):
Incubación con S2
Inocular con Thiobacillus oxidans
• Como nutriente (aporte de sulfato):▫ 20 - 60 kg S ha-1 en función del nivel de S en el suelo
▫ Solubilidad de la fuente▫ Nutriente acompañante
S suelo (mg kg-1) S a aplicar (kg S ha-1)
<3 60
3-6 45
6-12 30
12-15 15
>15 0
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