suelo y erosión - msp21.bayamon.inter.edu · llenan de agua y como consecuencia las ... que...

Suelo y Erosión

Prof. Mario Tacher-MSP21-Junio 2016

Nivel Elemental

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Estándar: Estructura y Niveles de Organizaciónde la Materia

• Indicadores Relevantes:

• 4.T.CT2.CC.3: Realiza observaciones y

mediciones para recopilar evidencia sobre

los efectos del desgaste y la erosión por

agua, hielo, viento o vegetación en las

características de la superficie de la Tierra.




• 5.B.CB2.EM.3: Desarrolla un modelo para

describir el movimiento de la materia entre

productores, consumidores (plantas, animales),

descomponedores y el ambiente; establece la

diferencia entre estos. Énfasis en su función

dentro de la cadena o red alimentaria. El énfasis

está en la idea de que la materia que no es

alimento (aire, agua, materiales descompuestos

en el suelo) se convierte en material alimenticio

nuevamente por las plantas.




• 5.T.CT2.EM.1: Explica la importancia del

ciclo del agua para la vida del planeta

(formación de ríos, industrias, necesidad y

múltiples usos en el hogar, agricultura,

diversión, fuente de alimento y hábitat).

Reconoce la necesidad del agua en los

ecosistemas.


Estándar: Interacciones y Energía


• 4.T.CT3.IE.4: Describe e identifica

problemas ambientales causados por la

interacción del ser humano sobre los

cuerpos de agua, el suelo y el relieve

(planicie, montañas, mogotes, colinas,

valles, cañones, cañadas, cuencas,

cordilleras, llanos).




• 4.T.CT3.CC.2: Diseña soluciones

alternativas al impacto de las acciones

humanas sobre el ambiente, enfocándose

en los ecosistemas y ambientes de Puerto

Rico. El énfasis está en la contaminación

del agua, del aire y del suelo, la

conservación de recursos naturales y el

manejo adecuado y responsable de los

desechos.




• 6.T.CT3.IE.1: Utiliza evidencia para evaluar

el impacto de la actividad humana sobre la

biósfera, la geosfera y la atmósfera, en el

planeta Tierra, haciendo énfasis sobre

Puerto Rico.


Estándar: Conservación y Cambio


• 6.T.CT2.CC.3: Explica el efecto del agua en

los cambios de la superficie de la Tierra

sobre largos periodos de tiempo. El énfasis

está en la erosión y la precipitación.


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

suelo y erosión - msp21.bayamon.inter.edu · llenan de agua y como consecuencia las ... que...

Documents