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Suelo y Erosión

Prof. Mario Tacher-MSP21-Junio 2016

Nivel Superior

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Estándar: Conservación y Cambio

• Indicadores Relevantes:

• ES.B.CB2.CC.4: Diseña, evalúa y refina

una solución para reducir los impactos de

las actividades humanas en el ambiente y

en la biodiversidad. Ejemplos de las

actividades pueden incluir la urbanización,

la construcción de represas y la

diseminación de especies invasoras.


Estándar: Consevación y Cambio


• ES.B.CB4.CC.1: Evalúa la evidencia que apoya las

afirmaciones de que los cambios en las condiciones

ambientales pueden resultar en: (1) aumento en el número

de individuos de una especie, (2) el surgimiento de nuevas

especies y (3) la extinción de otras especies. El énfasis

está en determinar las relaciones de causa y efecto

respecto a cómo los cambios en el ambiente, tales como

la deforestación, la pesca, el uso de fertilizantes, las

sequías, las inundaciones y el índice de cambios en el

ambiente, afectan la distribución o desaparición de las

características en las especies.


Estándar: Consevación y Cambio


• ES.B.CB4.CC.2: Revisa y evalúa una simulación

para probar una solución que aminore los

impactos adversos de las actividades humanas en

la biodiversidad. El énfasis está en el diseño de

soluciones para un problema propuesto que esté

relacionado con una especie amenazada o en vía

de extinción; o con la variación genética de

organismos de múltiples especies.




• ES.B.CB4.CC.3: Analiza cómo el ser

humano tiene la responsabilidad de

mantener el ambiente en buen estado para

la supervivencia de las especies.

• ES.A.CT1.CC.2: Describe la estructura y

los cambios que ocurren en la corteza

terrestre.




• ES.A.CT3.CC.2: Ilustra, utilizando la tecnología, las

relaciones entre el manejo de los recursos naturales, la

sustentabilidad de la población humana y la biodiversidad.

Ejemplos de los factores que afectan el manejo de los

recursos naturales incluyen el costo de la extracción de los

recursos, el manejo de los desperdicios, el consumo per

cápita y el desarrollo de nuevas tecnologías. Ejemplos

de factores que afectan la sustentabilidad humana

incluyen la eficiencia agrícola, los niveles de

conservación y la planificación urbana.




• ES.A.CT3.CC.5: Evalúa soluciones de diseño que están

compitiendo para desarrollar, manejar y utilizar recursos

de energía y minerales a base de índices de costo y

beneficios. El énfasis está en la conservación, el reciclaje,

la reutilización de los recursos (como los minerales y los

metales) donde sea posible y minimizar los impactos en

donde no es posible. Ejemplos incluyen desarrollar

mejores procesos y destrezas para el uso de los suelos

agrícolas, la minería (para el carbón, arena de alquitrán,

esquito bituminoso) y el bombeo (de petróleo y gas

natural).




• ES.A.CT3.CC.6: Evalúa o propone una solución tecnológica que

reduzca los impactos de las actividades humanas en los sistemas

naturales. Ejemplos de los datos de los impactos de las actividades

humanas podrían incluir las cantidades y los tipos de contaminantes

que se emiten, cambios en la biomasa y en la diversidad de especies,

o el cambio en la superficie de un terreno de uso humano (como el

desarrollo de áreas urbanas, agricultura y ganado, o minerías).

Ejemplos de limitaciones de futuros impactos pueden variar desde

esfuerzos locales (como reducir, reusar y reciclar recursos) hasta

esfuerzos a grandes escalas, como soluciones de diseño de geo-

ingeniería (como la alteración de las temperaturas globales por medio

de grandes cambios en la atmosfera y en el océano).




• ES.A.CT3.CC.9: Propone alternativas que ayudan

preservar nuestros ecosistemas para las

generaciones futuras, asegurando que incluyen el

desarrollo económico y la sustentabilidad.


Estándar: Diseño para Ingeniería


• ES.B.IT1.IT.2: Identifica una posible solución a un

problema real y complejo, dividiéndolo en

problemas más pequeños y manejables que se

pueden resolver usando conocimientos de

ingeniería.

• ES.Q.IT1.IT.2: Evalúa una solución a un problema

real y complejo a base de criterios como costo,

beneficio, seguridad, confiabilidad y

consideraciones estéticas, así como posibles

impactos sociales, culturales y ambientales.


Estándar: Diseño para Ingeniería


• ES.A.IT1.IT.3: Propone formas efectivas para

concienciar y promover posibles soluciones a

problemas ambientales tales como

contaminación de aire, suelo, agua, manejo de

desperdicios, protección de especies y recursos,

al igual que el desarrollo sostenible.

• ES.A.IT1.IT.10: Explica con ejemplos cómo la

tecnología impacta la calidad de vida desde el

punto de vista económico, social y ambiental.


Estándar: Estructura y Niveles de Organizaciónde la Materia


• ES.A.CT2.EM.2: Explica la importancia del agua

para los organismos y la necesidad de proteger

este recurso.


Estándar: Interacciones y Energía


• ES.A.CT2.IE.2: Analiza datos de geo-ciencias para afirmar que un

cambio en la superficie de la Tierra puede generar una reacción que

causa cambios en otros sistemas terrestres. Como ejemplos se deben

incluir las reacciones que ocurren y afectan el clima, tales como el

resultado de los gases de efecto invernadero que causan un aumento

en las temperaturas que derriten el hielo glacial, lo cual reduce la

cantidad de rayos solares que se reflejan en la superficie terrestre que

provoca un aumento en la temperatura de la superficie y reduce aún

más la cantidad de hielo. También la pérdida de vegetación causa un

incremento en la erosión de los suelos; y el represar los ríos aumenta

la recarga de aguas subterráneas, disminuye el transporte de

sedimentos e incrementa la erosión de las costas.


Estándar: Interacciones y Energía


• ES.A.CT3.IE.2: Evalúa el efecto de los seres humanos en las

comunidades y la capacidad del planeta Tierra para sostener las

poblaciones. El énfasis debería incluir la capacidad de tener

suficientes recursos naturales para satisfacer las necesidades básicas,

tales como agua, comida, y albergue.


El terreno o “Soil” es un recurso vivo, pero limitado.

• Las plantas obtienen la mayoría del agua y

minerales de las capas superiores del

terreno.

• Además de agua y minerales, estas capas de

suelo contienen una gran variedad de

organismos vivos.

• Los organismos vivos juegan un papel clave en

el mantenimiento de estas capas de terreno.


El terreno fértil o “Topsoil” es un recurso vivo, pero limitado.

• Cuando examinamos las capas de terreno nos

damos cuenta de que en realidad son un

ecosistema muy complejo, pero frágil.

• Las capas fértiles de terreno o “topsoil” toman

cientos de años en formarse pero pueden ser

destruidas en pocos años.

• “La nación que destruya su suelo, se

destruye a si misma”


El terreno o “soil” es un recurso vivo, pero limitado.

• Para poder apreciar la importancia del suelo

como recurso, hay que entender sus

propiedades físicas básicas: su textura y

composición.


Textura del suelo

• La textura del suelo depende del tamaño de

sus partículas; de mayor a menor son

clasificadas como: gravilla, arena, cieno y

arcilla.

• Gravilla (mayor de 2 mm), Arena (0.02-2 mm),

cieno (0.002-0.02 mm) y arcilla (menos de

0.002 mm).


Textura del suelo

• El terreno está estratificado en capas llamadas

horizontes de suelo o “soil horizons”.

Horizontes del Suelo

A horizon

B horizon

C horizon


Textura del suelo

• Los horizontes pueden tener grosores que

varían desde centímetros hasta metros.

• El Horizonte A (“Topsoil”) consiste de

partículas de minerales, organismos vivos y

humus (materia orgánica en descomposición).

• Se enfatizará en las propiedades del ”topsoil”

por su importancia para las plantas y la

agricultura.


• Es importante establecer que las plantas

obtienen los nutrientes de la solución (agua y

minerales disueltos) del “topsoil”, no del

terreno directamente.

• Esta solución se encuentra en los poros o

espacios que se forman entre las partículas

que componen el suelo.

• Estos poros también contienen bolsillos de

aire.

Textura del suelo


• Después de una lluvia fuerte, el agua drena al

terreno a través de los espacios grandes pero

parte del agua es retenida en los espacios

pequeños debido a la atracción de las

moléculas de H2O a la carga negativa de la

arcilla y a otras partículas de terreno.

Textura del suelo


• Los “topsoils” mas fértiles son conocidos como

Margas o “Loams”.

• ¿Por qué las margas son el tipo de

“topsoil” mas fértiles?

• Porque contienen cantidades equitativas de

arena, cieno y arcilla.

Margas


Las margas tienen la cantidad ideal de cieno y

arcilla para proveer suficiente superficie de área

para la adhesión y retención de agua y

minerales.

Además, contienen suficiente arena que provee

la separación adecuada de partículas para que

ocurra difusión de oxígeno para las raíces de las

plantas.

Margas

Arcilla

Arena, Cieno y Arcilla


• Se debe tener claro, que terrenos con mucha

arena no tienen la capacidad de retener

suficiente agua para que crezca mucha

vegetación.

• Por otro lado, los terrenos arcillosos retienen

demasiada agua y los espacios de aire se

llenan de agua y como consecuencia las

plantas se “sofocan” por falta de oxígeno.

• Las margas mas fértiles son las que tienen

50% de agua y 50% de aire en sus poros.


Composición del “topsoil”

• La composición del suelo se refiere a sus

componentes inorgánicos (minerales) y sus

componentes orgánicos.


Componentes inorgánicos

• Las cargas eléctricas de las partículas que

componen el suelo determinan qué nutrientes

se van a retener y puedan estar disponibles

para las plantas.

• Por lo general, las partículas del suelo tienen

cargas negativas permitiendo que cationes

como K+, Ca2+, Mg2+ se adhieren a estas.

• Esto previene que se pierdan (“leaching”) del

terreno junto con el agua de la escorrentía.

Interacción de cationes con las partículas de terreno


• Estos cationes entran en la solución del suelo

y pueden ser absorbidos por las raíces de las

plantas.

• Es importante recordar que las plantas

obtienen los nutrientes de la solución y no del

terreno directamente.

Animation: How Plants Obtain Minerals from Soil

Componentes inorgánicos

37_03MineralsFromSoil_A.html



• Los cationes entran en solución mediante un

proceso conocido como intercambio de

cationes.

• En este proceso los cationes que están

adheridos a las partículas del terreno son

intercambiados por otros cationes, usualmente

H+, siempre y cuando el pH del terreno sea

ácido y ocurra la siguiente reacción:

• H2O + CO2 = H2CO3 + HCO3– + H+

Animation: How Plants Obtain Minerals from Soil

¿Cómo entran en solución los cationes ?



Intercambio de cationes

en el terreno.

Soil particle–

–– –

– – – –

–K+

K+

K+

Ca2+Ca2+

Mg2+

H+

H+

H2O + CO2 H2CO3 HCO3– +

Root hair

Cell wall


Componentes orgánicos

• El componente orgánico principal del “topsoil” es el humus.

• Definimos humus como la materia orgánica producida por la descomposición de organismos muertos, heces fecales y hojas.

• El humus previene que las partículas de arcilla se compacten produciendo un tipo de suelo que retiene agua, pero es también suficientemente poroso como para mantener aire que será usado por las raíces.



• Otros componentes orgánicos del “topsoil” son: bacterias, hongos, algas, otros protistos, insectos, lombrices de tierra, nemátodos y raíces de plantas.

• Una cucharita de“topsoil” contiene 5 billones de bacterias.



• La acción de todos estos organismos ayudan a descomponer la materia orgánica y a mezclar el terreno, determinando las características físicas y químicas del suelo.

• Por ejemplo, las lombrices de tierra metabolizan la materia orgánica en inorgánica.

• Además, al moverse llevan los nutrientes a diferentes profundidades de las capas de suelo.

Lombrices de tierra dentro del suelo

Nemátodos dentro del suelo

Insectos dentro del suelo



• Las raíces de las plantas también influyen en la textura y composición del suelo.

• La adhesión de las partículas de terreno a las raíces disminuye la erosión.

• Por otro lado, el metabolismo de las plantas secreta ácidos al terreno, manteniendo un pH ácido, lo cual es crucial para la absorción de minerales en las plantas.


Macronutrientes y Micronutrientes

• Se han identificado mas de 50 elementos

químicos como parte de los componentes

inorgánicos presentes en las plantas, pero solo

17 son considerados esenciales.

• Un elemento esencial se define como uno

que es requerido por la planta para completar

su ciclo de vida.

• La técnica de cultivo hidropónico se utiliza para

determinar cuál elemento químico es esencial.

Fig. 37-6

TECHNIQUE

Control: Solutioncontaining all minerals

Experimental: Solutionwithout potassium


• Nueve de estos elementos esenciales son

definidos como macronutrientes, ya que las

plantas los necesitan en cantidades

relativamente altas.

• Estos macronutrientes son: carbono, oxígeno,

hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, potasio,

calcio y magnesio.

La técnica de cultivo hidropónico ha establecido que:


• Existen otros ocho elementos químicos

esenciales que se necesitan en cantidades

relativamente pequeñas, los que se conocen

como micronutrientes.

• Los micronutrientes son: cloruro, hierro,

manganeso, boro, zinc, cobre, nickel, y

molybdenum.

Table 37-1


Síntomas de deficiencias de minerales

• Los síntomas de deficiencia mineral dependen

de la función del nutriente.

• Las deficiencias mas comunes son las de

nitrógeno, potasio y fósforo.

• Los síntomas de las deficiencias están

relacionadas a cambios en los colores de las

hojas.

Plantas de maiz

Healthy

Phosphate-deficient

Potassium-deficient

Nitrogen-deficient

Deficiencia de magnesio

Deficiencia de nitrógeno

Deficiencia de azufre

Deficiencia de manganeso

Exceso de potasio o nitrógeno resultan en

una cáscara mas gruesa


Síntomas de deficiencias de minerales

• Las deficiencias se pueden corregir mediante

la fertilización del terreno.

• Las deficiencias de micronutrientes también

puede ocurrir, pero se corrigen añadiendo

cantidades muy pequeñas.


Conservación de suelo y agricultura sostenible:

• En los hábitats naturales la descomposición de

los nutrientes orgánicos e inorgánicos

mantiene los ecosistemas funcionales.

• En contraste con los ecosistemas naturales, la

agricultura agota los minerales del suelo, las

reservas de agua y promueve la erosión.

• El objetivo de una agricultura sostenible es la

de usar métodos que sean ambientalmente

amigables pero costo efectivos.


La irrigación como mecanismo de suplir agua en la agricultura

• La irrigación es un proceso que drena agua en

cantidades muy altas, especialmente cuando el

cultivo es en áreas áridas.

• El recurso principal de irrigación son las

reservas de agua subterráneas conocidas

como acuíferos.

• El 75% de los recursos de agua dulce se

utilizan para la agricultura a nivel global.


Irrigación

• El drenar los acuíferos tiene consecuencias

tales como el hundimiento del terreno.

Fig. 37-4a

Land subsidence in California

Fig. 37-4b

Sinkhole in Florida


• La irrigación también puede dar lugar a la

salinización del terreno, la concentración de

sales en el suelo al drenar el agua.

• Una concentración alta de sal en el terreno

afecta significativamente la absorción de agua

en las plantas y eventualmente mueren.

Irrigación


Fertilización del terreno para uso en la agricultura

• Los terrenos pierden una gran cantidad de

nutrientes cuando se remueve el cosecho.

• La Fertilización remplaza los nutrientes

minerales que se han perdido.

• Los fertilizantes comerciales son altos en

nitrógeno, fósforo y potasio.

• Los fertilizantes orgánicos consisten de

“manure”, remanentes de pescado y composta.


Fertilización del terreno

• Una cantidad significativa de los fertilizantes

utilizados en la agricultura no son absorbidos

por las plantas.

• Este exceso eventualmente llega a los cuerpos

de agua causando lo que se conoce como

eutroficación.

• La eutroficación tiene el efecto de agotar el

oxígeno disuelto en el agua causando muerte

en masa a los peces e invertebrados locales.


Eutroficación


Agricultura y Erosión

• Al extraer las cosechas agrícolas, el terreno

queda desprovisto del sistema de raíces de las

plantas y como consecuencia ocurre erosión.

• La erosión de miles de acres de “topsoil”

ocurre comúnmente debido a la escorrentía del

agua y por causa del viento.

• Como consecuencia, se pierden los nutrientes.


Fig. 37-1


• La erosión puede reducirse mediante:

– La siembra de árboles para bloquear el

viento

– Cultivando en un patrón de contorno

Árboles para aminorar las erosión por viento

Cultivando en un patrón de contorno


Previniendo la compactación del suelo

• La compactación del suelo debido al uso de

maquinaria pesada reduce el espacio de los

poros entre las partículas del terreno.

• La compactación del suelo disminuye el

intercambio de gases y reduce el crecimiento

de las raíces de las plantas.


Fitoremediación

• Algunas áreas no son aptas para la agricultura

debido a que el terreno o el agua subterránea

están contaminadas con tóxicos.

• La tecnología conocida como fitoremediación

permite restaurar estos terrenos.

• La fitoremediación consiste en sembrar ciertas

plantas que tienen la capacidad metabólica de

extraer los contaminantes y luego ser

desechados de forma segura.


“Plantas inteligentes”

• “Una planta inteligente informa al agricultor la

deficiencia de un nutriente antes de que ocurra

un daño irreparable.

• Por ejemplo, cuando las hojas se tornan a un

color azul tenue es indicativo de deficiencia de

fosfato.

Fig. 37-8

No phosphorusdeficiency

Beginningphosphorusdeficiency

Well-developedphosphorusdeficiency


Modificaciones genéticas como método de mejorar la nutrición de las plantas.

• La ingeniería genética puede mejorar la

nutrición en las plantas y el uso de fertilizantes.


Producción de Plantas Transgénicas:

Aplicación de la Biotecnología en la Agricultura

Ventajas: aumento en la producción de cosechas, reducción de

recursos como agua y fertilizantes y control de plagas de forma

compatible al ambiente.


Tolerancia a las inundaciones

• Ciertas especies de plantas de arroz han

desarrollado resistencia a estar sumergidas

por varias semanas, esto es debido a una

mutación genética.

• El gen responsable de esta resistencia se

conoce como: “ gene Submergence 1A-1”.

• Este funciona codificando una enzima que

acelera la degradación del alcohol y permite

que la planta extienda su tolerancia a estar

sumergida.


Tolerancia a las inundaciones

• La ingeniería genética ha introducido este gen

en el genoma de las otras especies de arroz y

como resultado toleran estar sumergidas por

un periodo de tiempo mayor.

• La ingeniería genética ha logrado transferir

genes con otras funciones a varias especies

de plantas y animales.


Organismos Transgénicos relacionadoscon la Agricultura

• Microorganismos que previenen la

congelación de cosechas

(“ice minus”, “Frostban”).

• Plantas cuyas frutas tardan en madurar. Ej. tomates

“Flavr Savr™” (biosíntesis de etileno reducida).

• Plantas que producen maní con niveles elevados de

ácido oleico (mayor tiempo de vida).


• Plantas resistentes a insectos, utilizada en tabaco,

maíz, algodón y tomate.

• Plantas resistentes a

herbicidas (canola, soya,

maíz).

• Plantas con resistencia a

virus (papaya, calabacines).


•Plantas tolerantes a altas concentraciones de

sal o aluminio (en India cultivo de arroz

tolerante a agua salada).

•Plantas con mayor grado nutricional: arroz

que produce beta caroteno (precursor de

vitamina A) (“Golden Rice”), maíz con altos

niveles del aminoácido lisina (Mavera™).

“Golden Rice”

http://milksci.unizar.es/bioquimica/temas/enzimas/auxtransgenic/arrozdorado.jpg

http://milksci.unizar.es/bioquimica/temas/enzimas/auxtransgenic/arrozdorado.jpg


• Plantas de arroz con genes de fotosíntesis de otro

organismo- aumenta la eficiencia de convertir luz

solar en almidón y aumenta la cosecha.

• Plantas de claveles violetas

(“Moonshadow carnation”)


Epífitas, plantas parásitas y carnívoras

• Algunas plantas han desarrollado

adaptaciones nutricionales que las benefician

de otros organismos, pero de forma no

mutalista.


Epífitas

• Una planta epífita es una que crece sobre otra

planta u otro substrato (bromelias y orquídeas).

• Obtiene agua de la lluvia y de la humedad del

hábitat donde vive.

• Obtiene nutrientes de la hojarasca.

• En esta relación no se compite con la planta

hospedera.

Bromelia

Fig. 37-14a

Staghorn fern, an epiphyte


• Las plantas parásitas absorben azúcares y

minerales de la planta hospedera.

• En esta caso si hay competencia con la planta

hospedera.

Plantas Parásitas

Fig. 37-14b

Mistletoe, a photosynthetic parasite

Planta Parásita


• Las plantas carnívoras son fotosintéticas, pero

obtienen nitrógeno y otros nutrientes al matar y

digerir insectos.

Video: Sun Dew Trapping Prey

Plantas Carnívoras

37_14SunDewTrapPrey_SV.mpg

37_14SunDewTrapPrey_SV.mpg

Planta Carnívora: Venus Fly trap

Pitcher plants

Planta Carnívora:

Actividad: Erosión

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