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Componentes del suelo. テ…idos hテコmicos y fテコlvicos

Los minerales del suelo www.sostenalia.es

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Las fases del suelo Como resultado de la actuación de los factores formadores se desarrollan unos procesos de formación que conducen a la aparición de los suelos, los cuales están constituidos por tres fases: fase sólida, fase líquida y fase gaseosa.

Como consecuencia de estas tres fases el suelo presenta unas determinadas propiedades que dependen de la composición y constitución de sus componentes. La fase líquida constituye el medio ideal que facilita la reacción entre las tres fases, pero también se producen reacciones dentro de cada fase.

La fase sólida Los minerales constituyen la base del armazón sólido que soporta al suelo.

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Cuantitativamente en un suelo normal la fracción mineral representa de un 4549% del volumen del suelo. Pero dentro de la fase sólida constituyen, para un suelo representativo, del orden del 90-99% (el 10-1% restante corresponde a la materia orgánica). La fase sólida representa la fase mas estable del suelo y por tanto es la más representativa y la más ampliamente estudiada. Es una fase muy heterogénea, formada por constituyentes inorgánicos y orgánicos. Composición y constitución de los minerales del suelo. El grupo más importante de los minerales del suelo es el de los silicatos. Todos los silicatos están constituidos por una unidad estructural común, un tetraedro de coordinación Si-O. El silicio situado en el centro del tetraedro de coordinación y rodeado de 4 oxígenos situados en los vértices. Este grupo tetraédrico se encuentra descompensado eléctricamente (SiO4)4-, por lo que los oxígenos se coordinan a otros cationes para compensar sus cargas

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Dependiendo del número de oxígenos que se coordinen a otros silicios se originan los grandes grupos de silicatos (es decir, según el número de vértices compartidos por tetraedros, que pueden ser 0, 1, 2, 3, y 4): Según sea la coordinación de los otros oxígenos que se unen a otros cationes distintos del silicio se forman los diferentes minerales dentro de cada gran grupo de silicatos. La estructura de estos minerales se origina por repetición de una celdilla unidad constituida por la asociación de tetraedros (aislados, o parejas, etc) y por los cationes que se sitúan entre los grupos tetraédricos Estabilidad de los minerales del suelo La existencia de los minerales en el suelo está regulada por su presencia en el material original y sobre todo por su estabilidad. La estabilidad se define como la resistencia que opone el mineral a toda modificación en su composición química o de su estructura cristalina. Por tanto a mayor estabilidad menor será la alteración. Factores que afectan a la estabilidad mineral. La estabilidad depende de numerosos factores. Unos son debidos al propio mineral pero también determinadas características del medio van a modificar sensiblemente la estabilidad de los minerales. Así en medios muy agresivos sólo vamos a poder encontrar presentes minerales muy estables, mientras que en otros suelos podremos encontrar minerales inestables. a) Factores del mineral en sí mismo. Los parámetros propios del mineral que van a regular su estabilidad son muchos:  Composición. Modificará la estabilidad en función de que el mineral

contenga iones más o menos solubles y según se comporten frente a la oxidación y la hidrólisis. En definitiva la estabilidad vendrá regulada por el hecho de que las partículas constituyentes sean más o menos lábiles.  Estructura. También va a ser un factor decisivo. Por ejemplo la

estabilidad disminuirá cuanto más abierta sea la estructura y aumentara para los empaquetamientos densos y compactos. Por otra parte, resulta evidente que la fuerza del enlace entre las partículas del mineral también va a ser un factor importante.  Tamaño. Cuanto menor tamaño más superficie presentará el grano (la

relación superficie/volumen crece) y más inestable se tornará el mineral www.sostenalia.es

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(hay muchos minerales en las arenas que no resisten al pasar al tamaño de las arcillas).  Exfoliación y fragilidad. Recordemos que la exfoliación expresa la

facilidad de fracturarse un mineral de un modo regular. Por tanto la exfoliación disminuye la estabilidad. Igual podemos decir para la fragilidad, que se refiere a la facilidad de fracturación pero ahora de una manera desordenada.  Inclusiones. Se considera que aumentan la inestabilidad al presentar

superficies de contacto íntimo de dos materiales con diferentes composiciones. b) Factores del suelo. En lo referente al medio podemos destacar otros factores.  Temperatura del suelo. Favorece la velocidad de alteración (es un

catalizador).  Humedad. El agua es el agente de alteración por excelencia en la

Naturaleza.  Drenaje. Va a regular el tiempo de contacto del agua con partículas del

suelo. También influirá regulando la concentración de las sales de la solución del suelo y modificará su poder hidrolítico. En medios impermeables el agua se satura de iones y deja de atacar a los minerales. Si el medio es permeable el agua de lluvia atravesará el suelo y una vez cargada de bases se eliminará al subsuelo.  Acidez/alcalinidad. Los valores extremos de la escala del pH

potencian la alteración.  Potencial redox. Dependiendo del ambiente que predomine, oxidante

o reductor, los minerales que contengan formas reducidas u oxidantes podrán o no alterarse.  Factor biótico. Los organismos (principalmente microorganismos y

raíces de las plantas) atacan a los minerales para extraer nutrientes.

Evaluación de la estabilidad mineral

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Considerando la variabilidad y complejidad de los parámetros que hemos visto que influyen en la estabilidad, resulta evidente que es extraordinariamente difícil evaluar la estabilidad de los minerales en el suelo, sobre todo considerando la gran diversidad edáfica. No obstante, dada la enorme importancia de esta característica, los investigadores han tratado ampliamente de evaluar este parámetro. Básicamente se pueden agrupar estos trabajos en dos líneas distintas: experimentales y cálculos teóricos.  Trabajos experimentales.  Cálculos teóricos.

Mecanismos de procedencia Los minerales del suelo proceden directa o indirectamente de la roca madre. En función de su estabilidad los minerales pueden proceder de tres orígenes. Herencia Minerales muy estables que pasan de la roca al suelo sin transformarse. Se les conoce como minerales primarios. Típicamente el cuarzo. Alteración Minerales que se transforman durante la edafización. Es una alteración química en la cual el mineral primitivo pasa a otro secundario de una manera gradual y progresiva. Son minerales secundarios. Generalmente es posible establecer una secuencia de granos cada vez más alterados. Típicamente la transformación comienza en la superficie del grano y se va formando una recubierta de alteración que progresivamente va desplazandose hacia el interior del grano, llegando a invadirlo completamente. Muy frecuentemente el borde entre el mineral primitivo y el secundario está constituido por una zona de transición gradual entre ambos materiales. Neoformación Cuando no exista (o si ha existido, no ha quedado ninguna prueba) relación genética entre un mineral edáfico y los minerales que existían en la roca. Como los del apartado anterior se les llama minerales secundarios, o edáficos. Materia orgánica en el suelo Desde los orígenes de la agricultura, son reconocidos los beneficios que la materia orgánica aporta a la productividad de los suelos. www.sostenalia.es

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Muchos de los efectos de la materia orgánica han sido muy bien documentados científicamente, pero en algunos casos, están tan íntimamente asociados a otros factores del suelo, que es difícil atribuirlos en exclusiva a la materia orgánica. De hecho, el suelo es un sistema complejo, multicomponente, con interacción entre los diferentes materiales que lo componen y los seres que en habitan, y sus propiedades son el resultado de estas interacciones. Uno de los mayores problemas es la ambigüedad a la hora de definir las sustancias húmicas. Actualmente, en el ámbito científico de la edafología, el termino humus se utiliza sólo para las sustancias húmicas. Por tanto, aunque el humus forma parte de la materia orgánica del suelo, no toda la materia orgánica es humus, ni sus efectos en el suelo y las plantas es igual. Se considera humus a la parte estable y difícilmente degradable de la materia orgánica del suelo. El suelo se compone de fracción mineral y fracción orgánica. La materia orgánica en el suelo se podría dividir de la siguiente forma:

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Componentes orgánicos del suelo: Son los organismos vivos y sus restos sin descomponer, parcialmente descompuestos y descompuesto completamente, así como productos de su transformación. Organismos vivos: Edafón (biota específica del suelo): insectos, bacterias, algas, hongos, etc., junto con las raíces. Materia orgánica: Componentes no vivos que forman una mezcla heterogénea compuesta en gran parte por los productos resultantes de las transformaciones microbianas y químicas de residuos orgánicos. Productos inalterados: Productos frescos y no modificados de residuos antiguos (principalmente celulosas y ligninas)

Productos alterados:

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Son productos que no mantienen similitudes físicas y/o químicas con los materiales de los que proceden. Estos productos transformados se conocen como productos procedentes de la “humificación” Sustancias no húmicas: Compuestos pertenecientes a productos bioquímicos como pueden ser: •

Aminoácidos

Lípidos

Carbohidratos

Sustancias húmicas: Una serie sustancias de peso molecular relativamente alto, y de color marrón a negro formadas por reacciones de síntesis secundarias. El término se usa como un nombre genérico para describir el material oscuro o sus fracciones obtenidas sobre la base de características de solubilidad: •

Ácidos húmicos

Ácidos fúlvicos

Huminas

Álcidos Húmicos Los ácidos húmicos y fúlvicos son complejas agrupaciones macromoleculares en las que las unidades fundamentales son compuestos aromáticos de carácter fenólico procedentes de la descomposición de la materia orgánica y compuestos nitrogenados, tanto cíclicos como alifáticos sintetizados por ciertos microorganismos presentes en suelo. Moléculas precursoras son aquellas de las que proceden las sustancias húmicas. Su número es muy grande y el número de combinaciones distintas en que pueden reaccionar entre ellas es astronómico. No existen límites definidos entre los ácidos húmicos, fúlvicos y las huminas. Todos ellos son parte de un sistema supramolecular extremadamente heterogéneo y las diferencias entre estas subdivisiones son debidas a variaciones en la acidez, grado de hidrofobicidad (contenido de restos aromáticos y alquílicos de cadena larga) y la autoasociación de moléculas por efectos del azar. Las sustancias húmicas se clasifican según solubilidad en diferentes soluciones ácidas y alcalinas.

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Contenido en ácidos húmicos y fúlvicos en diferentes materiales

Material

Ácidos húmicos

Ácidos fúlvicos

Leonardita/Humatos

40

85

Turba negra

10

20

Carbón bituminoso

10

30

Estiércol

4

15

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Compost

2

5

Tierra jardín

1

5

Lodos de depuradora

1

5

Carbón

0

1

Humus de lombriz*

2.8

1.5

Tal como se puede ver en la tabla , existen un gran número de materiales que pueden ser considerados fuentes de ácidos húmicos y fúlvicos. De todos ellos, la Leonardita es con claridad el mejor producto base para su obtención.

Evolución de los constituyentes orgánicos del suelo La humificación es el proceso de formación del humus (es decir, conjunto de procesos responsables de la transformación de la materia orgánica). La transformación de la materia orgánica puede llegar a la destrucción total de los compuestos orgánicos dando lugar a productos inorgánicos sencillos como CO2, NH3, H20 etc y se habla, en este caso, del proceso de mineralización. Dependiendo de las características del suelo y de la naturaleza de los restos vegetales aportados dominará la humificación o la mineralización aunque siempre se dan los dos procesos con mayor o menor intensidad. La humificación es responsable de la acumulación de la materia orgánica en el suelo mientras que la mineralización conduce a su destrucción. En la transformación de los restos orgánicos se pueden diferenciar tres etapas sucesivas. i) Transformación química inicial, es una alteración que sufren los restos vegetales antes de caer al suelo. Las hojas son atacadas por los microorganismos, en los mismos árboles, y se producen importantes www.sostenalia.es

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transformaciones en su composición y estructura. Consiste en pérdida de sustancias orgánicas y elementos minerales P, N, K, Na. ii) Acumulación y destrucción mecánica. La hojarasca, ramas, tallos, etc, se acumulan sobre el suelo y se van destruyendo mecánicamente, fundamentalmente por la acción de los animales que reducen su tamaño, lo mezclan con la fracción mineral y lo preparan para la posterior etapa. iii) Alteración química. En esta etapa se produce una intensa transformación de los materiales orgánicos y su mezcla e infiltración en el suelo. Los restos orgánicos en el suelo pierden rápidamente su estructura celular y se alteran a un material amorfo que va adquiriendo un color cada vez más negro, con una constitución y composición absolutamente distintas de los originales. Poco a poco los restos transformados se van desintegrando, difuminandose en el suelo y finalmente se integran totalmente con la fracción mineral, formando parte íntima del plasma basal del suelo. El papel de los microorganismos es decisivo para el desarrollo de estos procesos. Los microorganismos necesitan del carbono como fuente de energía (oxidan el C y lo devuelven a la atmósfera como CO2) y el nitrógeno para incorporarlo a su protoplasma y ambos los toman de los restos vegetales. El C en los restos vegetales es muy abundante, aproximadamente del 58%. El N es elemento minoritario, por él entran en competencia las raíces de las plantas y los microorganismos, por lo que puede ser un factor limitante. Relación C/N. Es un parámetro que evalúa la calidad de los restos orgánicos de los suelos. Cuando los restos orgánicos tienen una relación C/N de alrededor de 100 se dice que la razón es alta. Es el caso de las espículas de los pinos. Como contienen poco nitrógeno la actividad biológica es limitada. Se trata de una vegetación acidificante. Cuando C/N vale 30 los restos contienen suficiente nitrógeno para soportar una intensa actividad microbiana. En este caso la vegetación es mejorante. Cuando se incorporan los restos orgánicos al suelo se produce un intensa actividad microbiana, debido a la abundancia de restos fácilmente atacables. Después disminuye la actividad al ir quedando los restos más estables que sólo pueden ser descompuestos por los organismos más agresivos. Al principio actúan hongos, después las bacterias y por último los actinomicetos.

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Los restos orgánicos se transforman muy rápidamente comparados con la fracción mineral, por ello la velocidad de formación del horizonte A es mayor que la del horizonte B. La velocidad de descomposición depende del tipo de resto vegetal aportado y del medio. El fin inexorable de todos los compuestos orgánicos del suelo es su mineralización, por tanto sus destrucción. Pero muchos compuestos son lo suficientemente estables como para permanecer en cantidades suficientes en los suelos (su descomposición se compensa con los aportes). Los compuestos húmicos pueden tener una vida media de cientos a miles de años. La humificación, enormemente compleja, se desarrolla en tres fases fundamentales. i) Degradación de la moléculas. Las macromoléculas de los restos orgánicos (celulosa, almidón, pectina, lignina, proteínas, glucosa, grasas, ceras, etc) se fragmentan a formas más sencillas, más cortas. Los polímeros se transforman en monómeros. A esta etapa se le llama despolimerización enzimática o humificación directa. ii) Oxidación de los compuestos aromáticos con formación de quinonas. iii) Condensación, polimerización y fijación de nitrógeno, formando aminoácidos y péptidos, para originar los ácidos húmicos. En esta fase los compuestos orgánicos sencillos formados en la etapa anterior se reorganizan, conservando sus estructuras orgánicas para dar nuevo polímeros más estables. www.sostenalia.es

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Es la fase de polimerización biológica o humificación indirecta. Para que se desarrolle es imprecindible la actuación de las bacterias. La existencia de factores limitantes (ausencia de agua, baja temperatura, acidez, carencia de nitrógeno, encharcamiento permanente, etc) obstaculizará en gran medida la correcta evolución de los rectos orgánicos.

Propiedades de la materia orgánica La materia orgánica tiene una gran importancia en la génesis y fertilidad del suelo. Propiedades físicas.  Confiere al suelo un determinado color oscuro  Estructura. Da lugar a una buena estructura, estable. Las sustancias

húmicas tienen un poder aglomerante, las cuales se unen a la fracción mineral y dan buenos flóculos en el suelo originando una estructura grumosa estable, de elevada porosidad, lo que implica que la permeabilidad del suelo sea mayor.  Tiene una gran capacidad de retención de agua lo que facilita el

asentamiento de la vegetación, dificultando la acción de los agentes erosivos  La temperatura del suelo es mayor debido a que los colores oscuros

absorben más radiaciones que los claros.  Protege al suelo de la erosión. Los restos vegetales y animales

depositados sobre la superficie del suelo lo protegen de la erosión hídrica y eólica. Por otra parte, como ya hemos mencionado, el humus tiene un poder aglomerante y da agregados que protegen a sus partículas elementales de la erosión.  Protege al suelo de la contaminación. La materia orgánica adsorbe

plaguicidas y otros contaminantes y evita que estos percolen hacia los acuíferos.

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Propiedades químicas y fisicoquímicas. Las sustancias húmicas tienen propiedades coloidales, debido a su tamaño y carga (retienen agua, hinchan, contraen, fijan soluciones en superficie, dispersan y floculan). La materia orgánica es por tanto una fase que reacciona con la solución del suelo y con las raíces.  Capacidad de cambio. La materia orgánica fija iones de la solución del

suelo, los cuales quedan débilmente retenidos, están en posición de cambio, evita por tanto que se produzcan pérdidas de nutrientes en el suelo.  La capacidad de cambio es de 3 a 5 veces superior a la de las arcillas, es

por tanto una buena reserva de nutrientes.  Influye en el pH. Produce compuestos orgánicos que tienden a acidificar

el suelo.  Influye en el estado de dispersión/floculación del suelo.  Es un agente de alteración por su carácter ácido. Descompone los

minerales. Propiedades biológicas  Aporte de nutrientes a los microorganismos y fuente de energía.

Cantidad y distribución de la materia orgánica en el suelo Los contenidos son muy variables. Valores usuales 0.5 - 10%. Se concentra en el horizonte superficial y disminuye gradualmente con la profundidad (a excepción de determinados tipos de suelos). En los suelos de pradera el contenido en materia orgánica es mayor que en los de bosque y alcanza niveles más profundos. En la cantidad y calidad de la materia orgánica intervienen numerosos factores.  Del material orgánica original: cantidad, calidad, edad y tamaño de los

restos.

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 De las características del suelo: presencia de microorganismos, existencia

de nutrientes, pH, aireación y minerales.  De las carácter climáticas: humedad, temperatura y alternancias

climáticas, fundamentalmente.

Origen de los ácidos húmicos utilizados. Qué es la Leonardita? Es una sustancia terrosa, blanda, de color marrón oscuro carbonosa, asociada al lignito. La Leonardita es una materia orgánica que no ha alcanzado el estado de carbón, en el proceso de transformación, o fosilización de residuos vegetales (vegetal turba carbón)

La diferencia entre la Leonardita y otras productos que contienen sustancias húmicas, es su extrema bioactividad debida a su estructura molecular. La actividad biológica es unas cinco veces mayor que cualquier otra materia húmica. www.sostenalia.es

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En cuanto a su formación, se remonta a la era carbonífera del Paleozoico, cerca de 280 millones de años atrás. Y se llama así en homenaje al Dr. A.G. Leonard, el primer director del Servicio Geológico del Estado de Dakota del Norte y primer científico que estudió las propiedades de una sustancia que, en aquella época, suponía un residuo de las minas carboníferas, y que a la postre, resultó ser la mayor fuente de sustancias húmicas conocida.

Mina de leonardita

Las

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Las sustancias húmicas forman un complejo sistema de macromoléculas cubriendo un amplio rango de pesos moleculares. El intervalo usual para los ácidos húmicos es del orden de 50.000 a 100.000 con algunas moléculas, pocas, que exceden los 250.000. Para los ácidos fúlvicos el intervalo típico va de 500 a 2.000. El contenido en carbono de los ácidos húmicos es mayor al de los ácidos fúlvicos. De un 50 a un 60% y de un 40 a un 50% respectivamente. El contenido en nitrógeno generalmente es mayor también en los ácidos húmicos, de un 2 a un 6%, y de un 0.8% a un 3% en los ácidos fúlvicos. El contenido en oxígeno es mayor en los ácidos fúlvicos que los húmicos: de un 44 a un 50% y de un 30 a un 35% respectivamente.

La acidez total es mucho mayor en los ácidos fúlvicos que en los húmicos: de 6,4 a 14,2 meq/g en los ácidos fúlvicos y de 5,6 a 7,7 meq/g en los húmicos. La reactividad de los ácidos húmicos y fúlvicos se debe básicamente a un alto contenido en grupos funcionales oxigenados. El contenido en grupos funcionales oxigenados en los ácidos fúlvicos parece ser mayor que en cualquier otro polímero orgánico presente en la naturaleza. www.sostenalia.es

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Ácido fúlvico Fúlvico procede de la palabra “fulvus”, amarillo, en referencia al color que suelen mostrar. Los efectos de los ácidos fúlvicos son visibles principalmente en la parte subterránea de las plantas, ya que poseen un extraordinario poder estimulante en la raíz. Por esta razón son utilizados como enraizantes. Poseen la capacidad de formar quelatos con otros elementos nutritivos, aumentando su biodisponibilidad por la planta. Sirve como alimento para las micorrizas, que a su vez benefician a la planta. Proporciona a la tierra mayor disponibilidad de nitrógeno amoniacal (de rápida absorción), potasio, calcio, magnesio, cobre, hierro, manganeso y zinc. Ácido húmico Los ácidos húmicos actúan directamente sobre la nutrición de la planta. Liberan nutrientes fijados en el suelo, estabilizan el Ph, aumentan la permeabilidad del suelo y su aireación, poniendo a disposición de las raíces más CO² para su correcta respiración. Produce agregados con otras partículas inorgánicas, evitando el encharcamiento del suelo. Aumenta la capacidad de retención de agua (por adherencia) y la capacidad de cambio del suelo. Evita la retrogradación del fósforo y la potasa formando humatos y humofosfatos, mejorando el estado nutricional de la planta.

Capacidad de cambio catatónico Para entender el funcionamiento de los ácidos húmicos, debemos entender qué es la capacidad de cambio o intercambio cationico de una materia en el suelo. Ciertos materiales coloidales como pueden ser las arcillas y algunas materias orgánicas, tienen la capacidad retener y liberar iones positivos, ya que ambos materiales están cargados negativamente.

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Estos materiales atraen eléctricamente los iones, fijándolos en su superficie. Las raíces, al absorber iones de la solución del suelo, generan un intercambio constante desde las partículas coloidales. Cuanta mayor capacidad de cambio tiene un suelo, mayor es su fertilidad. Las arenas, por ejemplo, poseen una capacidad prácticamente nula, lo que provoca que los nutrientes sean arrastrados con el riego (lixiviación) y deban reponerse constantemente para que entren en contacto con las raíces para su absorción. El uso de ácidos húmicos aumenta esta capacidad de cambio en dos formas. Una directa, ya que los ácidos húmicos en sí mismos poseen una capacidad de cambio superior al de las arcillas. Y otra indirecta, debido a la capacidad de formar agregados, y así exponer una mayor superficie al intercambio de iones con el medio, evitando que éstos se pierdan por lixiviación con el riego.

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A. Solo tierra B. Tierra + ácidos húmicos

El uso de ácidos húmicos, permite una mayor disponibilidad de nutrientes para la planta, evitando que éstos sean lavados por acción del riego.

Formación de agregados

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A. Granos de tierra con pequeñas partículas adheridas B. Resultado del riego, las partículas se ven arrastradas hacia capas

inferiores, perdiéndose del alcance del sistema radicular C. Tierra

y ácidos húmicos . Éstos forman agregados facilitando el drenaje y la circulación de aire entre las distintas partículas que forman la fase mineral del suelo. En conclusión. Los ácidos húmicos, suelen estar compuestos por ácidos húmicos y fúlvicos en una relación 2:1, floculan el complejo arcillo-húmico, haciéndolo más esponjoso e incrementando la aireación y el drenaje. Actúan como agente desbloqueador en los suelos con Ph elevado. Aumentan la disponibilidad de los macro y microminerales.

Ácidos húmicos en polvo procedentes de Leonardita

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Compoentes del suelo ácidos húmicos y fúlvicos