ctr Cultivos Tropicales cultrop 0258-5936 1819-4087 Ediciones INCA 00004 00004 Artículo original Cambios de ph en suelos pardos de cuba cuando se erosionan Hernández-Jiménez Alberto 1 * Llanes-Hernández Violeta 2 Terry-Alfonso Elein 1 Carnero-Lazo Greter 1 Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km 3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700 Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA) San José de las Lajas Mayabeque 32 700 Cuba Universidad Agraria de La Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez”, carretera a Tapaste y Autopista Nacional. San José de las Lajas. Mayabeque, Cuba Universidad Agraria de La Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez” San José de las Lajas Mayabeque Cuba Autor para correspondencia: ahj@inca.edu.cu 24 04 2020 Apr-Jun 2020 41 2 e04 14 03 2019 24 04 2020 Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative Commons RESUMEN

En los últimos 15 años se viene planteando en Cuba que el proceso de degradación de los suelos por acidificación ocurre con cierta intensidad. Se plantea que el 40 % del territorio está afectado por este proceso y se pronostica que hay un incremento del mismo de 2,9 % anualmente. Además, que con la erosión se acidifican los suelos. En este trabajo se demuestra que la acidificación por erosión solamente ocurre en Cuba en los suelos del Agrupamiento Alítico, ya que el horizonte B tiene un contenido alto en aluminio cambiable y pH igual o menor de 4,5. Pero estos suelos son poco extensivos en Cuba donde ocupan solamente 5 % del territorio nacional. El principal objetivo lo constituye el demostrar que en los suelos del Agrupamiento Pardos Sialíticos (que son los más extensivos de Cuba, 21 % del territorio), aumenta el pH en profundidad, por lo que cuando se erosionan no se acidifican, sino que aumenta el pH. Estos resultados demuestran que el proceso de acidificación tan intenso para los suelos de Cuba, como se plantea en algunos trabajos, no ocurre realmente.

Palabras clave: Degradación del suelo reacción del suelo acidez
INTRODUCCIÓN

Uno de los grandes retos que tiene la agricultura actualmente consiste en garantizar la seguridad alimentaria de la población. Para esto es necesario poder contar con suelos que tengan condiciones apropiadas para mantener la producción agrícola en forma sostenible 1.

La acidificación de los suelos es uno de los procesos negativos que limitan su productividad. Puede ocurrir en forma natural y antropogénica. En forma natural tiene lugar en las regiones tropicales por la evolución del suelo, debido a las transformaciones químico-mineralógicas que ocurren por el intemperismo, en el tiempo y espacio, con las etapas de formación sialitización, fersialitización, ferralitización y alitización, reconocidas por la Clasificación de Suelos de Cuba 2. En el proceso de alitización, los suelos adquieren un porcentaje mayor de 50 % por el aluminio cambiable, lo que ha provocado que en los últimos años sean clasificados en forma independiente al primer nivel en clasificaciones de suelos; como suelos Alíticos como en la Clasificación de Suelos de Cuba 1, Alisoles como en la clasificación de suelos del World Reference Base 3 o a nivel de Grande Grupo como es en la Clasificación Brasileña de los Suelos 4.

Estos suelos, en regiones tropicales, por la presencia de altas cantidades de aluminio cambiable, conlleva a limitaciones en el desarrollo adecuado de los cultivos como trigo (Triticum aestivum) y arroz (Oriza sativa); ya que se produce una fijación muy alta del P2O5 asimilable, limitaciones para el desarrollo de los microorganismos, toxicidad creada por el aluminio ya que provoca el desarrollo anormal de las raíces y condiciones de pH que limitan la asimilación de los nutrientes 5,6.

Otra forma natural de acidificación de los suelos ocurre en los países templados más lluviosos con las pérdidas de bases en el complejo de intercambio se produce la saturación por hidrógeno, con la disminución del pH del suelo. Este tipo de acidez es menos dañina que en el caso de la alitización.

En México, se le presta gran atención al problema de la acidez del suelo y su influencia negativa en la agricultura. Se ha determinado que 7 % de la superficie del país (14 millones de ha) posee suelos con pH igual o menor que 6,5 y que el área bajo cultivo con suelos ácidos es aproximadamente 14 % de la superficie total bajo cultivo 7. La mayoría de estos suelos se ubican en las regiones tropicales como Veracruz, Tabasco, Oaxaca y Chiapas.

Además, hay que tener en cuenta que México es un país donde el vulcanismo tiene gran influencia en la formación de los suelos y que las cenizas volcánicas en medio tropical húmedo evolucionan rápidamente dando lugar a la acumulación de aluminio cambiable en los suelos 8.

En Colombia también hay estudios con relación a la acidez del suelo en relación con el aluminio cambiable. Por ejemplo, una de las limitaciones más comunes en los suelos colombianos está relacionada con los fenómenos ocurridos por la acidez, lo cual, es consecuencia de la toxicidad generada, principalmente, por el aluminio intercambiable 9,10. Otros resultados sobre el efecto del aluminio en diferentes cultivos a nivel experimental de laboratorio, se obtiene, en el estudio del crecimiento y la morfología de la raíz de plantas tolerantes como el trigo (Triticum aestivum) y sensibles a altas concentraciones de aluminio y bajo valores del pH alrededor de 4,0 5. Se pudo comprobar que el desarrollo de las raíces de las plantas de trigo (Triticum aestivum) fue en mayor cantidad y tamaño que las tolerantes. Igualmente se encontró en regiones tropicales altas cantidades de Al cambiable en un Oxisol altamente intemperizado 11.

También en este país se estudias actualmente el pH del suelo y la disponibilidad de nutrientes para un cultivo muy importante para la región amazónica como es el cacao (Teobroma cacao) 12

Otros estudios están relacionados con el mejoramiento de suelos ácidos mediante el uso de diferentes materiales que conlleven a la disminución de la acidez del suelo 9.

En resumen, en los suelos tropicales la acidez es provocada por el proceso de intemperismo muy acentuado, que trae como consecuencia la formación de altas cantidades de aluminio cambiable, que conlleva a que los suelos sean de reacción muy ácida (pH menor de 4,5).

A pesar del carácter tóxico del aluminio en los suelos, hay resultados que muestran aspectos positivos en este elemento, cuando se aplica con roca fosfórica en el cultivo de la fresa (Fragaria vesca), pero en condiciones experimentales sin suelo En este caso se le atribuye al aluminio una acción beneficiosa al solubilizar el fósforo de la roca fosfórica y elevar su nivel como nutriente disponible para la planta 13.

En Cuba, la concentración alta de aluminio cambiable y por tanto de acidez se encuentra en los suelos clasificados como Alíticos, para lo cual uno de los indicadores de la clasificación de estos suelos es la presencia de un pH igual o menor a 4,5, con un contenido de aluminio cambiable igual o mayor de 50 %. Este proceso se denomina alitización 2 y se manifiesta principalmente en el horizonte B y se ubican por lo general en las regiones más antiguas de formación de suelos de la Isla como las Altura de Pizarras de Pinar del Río, Isla de la Juventud y en las regiones estables de los macizos montañosos Nipe-Sagua-Baracoa, Sierra Maestra y Escambray.

Según algunos autores 14, la formación de suelos ácidos por influencia antropogénica tiene lugar cuando:

Hay desarrollo de lluvias ácidas en países con alta industrialización

Aplicación intensiva de fertilizantes residualmente ácidos como los nitratos y sulfatos

Erosión en suelos que tengan pH ácido en la parte media e inferior del perfil

En los últimos años, se plantea que la acidificación de los suelos en Cuba ocurre intensamente con el proceso erosivo, lo que en nuestra opinión se manifiesta bien en los suelos Alíticos, pero se exagera en relación con la extensión de suelos degradados por la acidez (3,4 millones de ha; 40,3 % del territorio de Cuba) y con el estimado del crecimiento de la acidificación de los suelos para los próximos 15 años de 2,9 % del área agrícola 15. Incluso hay autores que afirman lo siguiente: “Entre los factores que más influyen en la acidificación de los suelos cubanos, se considera la erosión, pues se pierden grandes cantidades de suelo y con ello cuantiosas pérdidas de bases entre las cuales se destaca el calcio y el magnesio debido a su mayor abundancia relativa respecto al total de bases.

Esto provoca un aumento de la concentración de iones H+, disminuyendo los niveles de pH e incrementando la acidificación del suelo Según datos del Instituto de Suelos el 51 % del área total de suelos ácidos está erosionado, lo cual es una evidencia de la incidencia del factor que se analiza 16.

Teniendo en cuenta lo anterior, en este trabajo se propone como objetivo demostrar que los suelos del Agrupamiento Pardo Sialítico, que son los más extensivos de Cuba (3 355 800 ha; 21 % del territorio 17) y muy susceptibles a la erosión, no se acidifican por el proceso erosivo, sino por el contrario, aumenta el pH con la profundidad.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se tomaron los resultados de caracterización de suelos Pardos de diferentes publicaciones 18-21.

De estos resultados se tomaron los datos de 71 perfiles de suelos Pardos Sialíticos, de ellos 52 de suelos Pardos y 19 del suelo Pardo Grisáceo (Tabla 1).

Cantidad de perfiles estudiados según el tipo de suelo y material de origen

Agrupamientode Suelos Tipo genético Material de origen No. de perfiles
PARDO SIALÍTICO PARDO Roca intermedia 12
Roca básica y ultrabásica 18
Roca con poco carbonatos 17
Roca con mucho carbonatos 5
PARDO GRISÁCEO Roca ácida 19
Total de perfiles 71

Los resultados analíticos que se muestran fueron determinados pro los siguientes métodos analíticos.

pH por potenciometría con la relación suelo agua 1:2

Acidez cambiable pro el método de Sokolov

Bases cambiables por extracción con acetato de amonio

Capacidad de cambio de bases por extracción con acetato de amonio y saturación con acetato de sodio

Grado de saturación de bases por método de cálculo

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La acidificación natural de los suelos es un proceso que ocurre en el tiempo por la acción del intemperismo, siendo más intensa en los climas tropicales sobre todo tropicales húmedos. En estudios llevados a cabo en Colombia, se plantea que la naturaleza de la acidez en suelos tropicales se produce por el intemperismo cuando se sustituyen las bases en las arcillas por el aluminio, siendo este elemento el causante de la acidez en la mayoría de los suelos tropicales 10.

Para los suelos de la Amazonía se afirma que: “Se conoce que los suelos ácidos se encuentran sobretodo en la franja tropical, los suelos amazónicos son ácidos, generalmente pobres en nutrientes y poseen un bajo potencial de retención, sobretodo de calcio, potasio y fósforo. Es así que, los suelos de la provincia Vaca Diez se caracterizan por su baja fertilidad, buen drenaje interno y externo, textura franca y franca arcillosa, buen drenaje superficial e interno, profundidad efectiva mayor a un metro, pH de muy ácido 3,7 a moderadamente ácido 5,6 y una capacidad de uso mayor para producción forestal 22.

A pesar que, se ha comprobado que la acidez por aluminio resulta tóxico para los suelos, hay resultados de aplicación del aluminio acompañado de roca fosfórica, para disolver el fósforo por acidez, en el cultivo de la fresa, aunque en condiciones de hidroponía 12.

En los momentos actuales en muchos textos se expone que la acidificación de los suelos está relacionado con la erosión y que muchos suelos al erosionarse se acidifican. Esto realmente puede ocurrir en suelos Alíticos. Como ejemplo, a continuación se presenta los datos de un perfil de suelo Alítico no erosionado (Tabla 2) estudiado en San Juan y Martínez, Pinar del Río 23.

Características de un perfil de suelo Alítico de Baja Actividad arcillosa de San Juan y Martínez, provincia Pinar del Río

Prof.,cm pH Acidez cambiable (cmol) Bases cambiables (cmol) S cmol T cmol GS (%)
H2O KCl Al+3 H+ Total Ca+2 Mg+2 Na+ K+
0-20 5,9 4,9 0,6 0,8 1,4 2,0 0,27 0,1 0,45 2,83 4,12 47,0
20-30 5,2 4,0 1,4 2,4 3,8 3,5 0,49 0,1 0,25 4,34 6,34 54,3
30-60 5,0 3,9 5,8 1,2 7,0 3,5 0.63 0,1 0,20 4,43 11,34 43,9
60-90 4,5 3,5 6,0 1,0 7,0 0,9 0,46 0,1 0,15 2,61 --- ---

Otro perfil de suelo muy ácido en regiones premontañosas de las Alturas de Pizarras en Pinar del Río, también muestra el enriquecimiento en acidez y aluminio cambiable en la parte media e inferior del perfil (Tabla 3) (tomado de 18).

Características de un suelo Alítico de Baja Actividad Arcillosa de las Alturas de Pizarras, en Pinar del Río

Prof.,cm pH Acidez cambiable (cmol) Bases cambiables(cmol) S cmol T cmol GS (%)
H2O KCl Al+3 H+ Total Ca+2 Mg+2 Na+ K+
0-15 4,9 4,1 4,11 0,37 4,48 1,04 0,66 0,15 0,30 2,15 11,78 18,3
15-30 4,8 4,2 4,75 0,37 5,12 0,43 0,52 0,07 0,10 1,12 10,08 11,1
30-60 4,7 4,2 9,26 0,26 9,52 0,24 0,29 0,05 0,07 0,65 11,16 5,8
60-90 4,6 3,8 18,56 0,43 18,99 0,59 0,98 0,27 0,14 1,92 19,90 9,6
90-110 4,7 3,7 17,52 0,44 17,86 0,28 0,19 0,36 0,19 1,02 20,71 4,9

Igualmente ocurre con los suelos Alíticos que se presentan en partes estables y antiguas de las regiones montañosas, como el perfil PDG-5, tomado en la Sierra Maestra (Tabla 4) 24.

Características de un suelo Alítico de Baja Actividad Arcillosa en la Sierra Maestra, Cuba

Prof.,cm pH Acidez cambiable (cmol) Bases cambiables(cmol) S cmol T cmol GS (%)
H2O KCl Al+3 H+ Total Ca+2 Mg+2 Na+ K+
Perfil PDG-5
0-22 4,30 4,10 --- --- --- 2,50 1,87 9,35 0,53 5,25 --- ---
22-50 4,10 4,00 --- --- --- 1,25 0,62 0,22 0,15 2,24 --- ---
50-80 4,00 3,90 --- --- --- 1,25 1,25 0,22 0,06 2.78 --- ---
80-110 4,15 4,20 --- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

Como se puede observar en estos tres perfiles de suelos, presentan reacción muy ácida sobre todo en la parte media, con mucho aluminio cambiable. Su formación es natural debido al proceso de alitización en el tiempo y espacio. Ellos si se erosionan, aumenta la acidez se presentan en la parte superior del perfil el horizonte B, más arcilloso y más ácido, con un contenido alto en aluminio cambiable. Es decir, los suelos Alíticos se forman por un proceso natural de formación del suelo, denominado alitización 1 y se distribuyen tanto en las Alturas de Pizarras, como en la parte de San Juan y Martínez en Pinar del Río, así como en los macizos montañosos de Cuba. Para ellos es común la acumulación de aluminio cambiable en un porcentaje mayor o igual al 50 %, principalmente en la parte media e inferior del perfil; con reacción muy ácida.

Ellos por su naturaleza y las condiciones del relieve, son muy vulnerables a la erosión; así, que cuando se erosionen aumenta la acidez, debido a una acidificación relativa del suelo. Por tanto la acidificación de los suelos por la erosión es válido para los suelos Alíticos de Cuba. No obstante, no todos los suelos que se erosionan tienen este problema.

Para conocer si este problema es extensivo habría que determinar el área de suelos Alíticos erosionados, En este caso, en primer lugar, habría que ver qué superficie ocupan estos suelos en Cuba, puesto que muchos suelos montañosos no se cultivan y si se hacen es con el cultivo de café o cacao que son plantaciones permanentes que tienden a enriquecer el contenido de materia orgánica del suelo. Además, los suelos Alíticos ocupan superficies relativamente poco extensivas en Cuba.

No obstante, este mismo problema no se produce en los suelos Pardos Sialíticos, que resultan los más extensivos de Cuba, en relieves ondulado-alomado, premontañoso y montañoso 17.

Hay que considerar en primer lugar el proceso de formación de estos suelos, que se denomina sialitización 1. Por este proceso, la descomposición de los minerales primarios da lugar a la formación de arcilla, con bases como el calcio, magnesio, potasio y sodio en forma de hidróxidos, que inicialmente conlleva a un pH alcalino, posteriormente con el clima y en el tiempo el suelo se lava, en parte de sílice y de bases siendo el pH menos alcalino. Lo más importante es la formación de arcilla del tipo de las esmectitas, en condiciones de pH entre 6,5 y 7,5. En las capas más profundas, con horizonte BC y C la intemperización es menos intensa por lo que el pH tiende a ser más alto.

Teniendo en cuenta lo anterior en este trabajo se analizan 71 perfiles de suelos del Agrupamiento Pardo Sialítico donde se incluyen los tipos Pardo y Pardo Grisáceo (Tabla 1). Se determinó el grado de erosión y su correspondencia con los valores de pH en cada uno de los tipos de estos suelos, en relación también con el tipo de material de origen. Estos resultados se exponen a continuación en la Tabla 5.

Los datos obtenidos muestran que, en todos los casos, con la profundidad aumenta o se mantiene casi igual el valor de pH en lugar de disminuir. Esto demuestra que, si estos suelos se erosionan, aumentan en el pH en lugar de disminuir, muy diferente a como se plantea, que con la erosión se aumenta la acidez del suelo 16.

Valores de pH en suelos Pardos de Cuba, en relación con el grado de erosión

Tipo de Suelo Tipo de material de origen Grado de erosión pH(H2O)
Hor. A Hor. B Hor BC
Pardo Roca intermedia Sin erosión 6,56 6,60 7,15
Suave 6,20 6,20 6,10
Mediana 6,90 6,78 6,88
Fuerte 6,80 6,75 6,84
Muy fuerte 7,83 --- ---
Roca básica o ultrabásica Sin erosión 6,26 6,53 6,68
Suave 6,85 7,00 ---
Mediana 7,06 7,45 7,70
Fuerte 6,53 7,03 7,40
Muy fuerte No No No
Roca con poco a mediano contenido de carbonatos Sin erosión 7,29 7,56 7,88
Suave 6,77 7,75 7,91
Mediana --- --- ---
Fuerte --- --- ---
Muy fuerte Sin Hor A Sin Hor B 7,89
Roca con contenido alto de carbonatos Sin erosión 8,10 8,19 8,40
Suave 7,68 7,78 8,00
Mediana --- --- ---
Fuerte --- --- ---
Muy fuerte Sin Hor A 8,10 8,50

Para el caso del tipo genético de suelo Pardo Grisáceo, ellos se forman también por el proceso de sialitización, pero la edafogénesis ocurre en condiciones de un tipo de roca muy particular que lo constituyen las rocas ácidas (en Cuba principalmente las rocas granitoides), ricas en cuarzo, feldespatos y algunos anfíboles y pìroxenos.

En esas condiciones bajo un clima tropical subhúmedo que tiene lugar en la mayoría de las llanuras de Cuba, en relieves relativamente jóvenes, el suelo se forma con acumulación de mucho cuarzo, que queda residual en forma de arena, mientras que los feldespatos y los anfíboles y piroxenos e intemperizan dando lugar a la formación de arcilla, y los hidróxidos correspondientes. La sílice no es tan abundante como en las rocas intermedias y básicas, y se forma arcilla del tipo 2:1 en combinación con 1:1, y el proceso de lavado tiende a ser más rápido por la composición mineralógica y la textura más ligera que adquiere el suelo en comparación con este mismo proceso sobre otros tipos de rocas formadoras de suelo.

No obstante, en profundidad, el suelo tiene un pH más alto que en superficie y no llega a acidificarse sino al contrario el pH se hace más alcalino. Por esto, al igual que con los suelos Pardos, si el suelo se erosiona, se vuelve más alcalino en lugar de hacerse más ácido. Los datos mostrados en la Tabla 6, demuestran lo anteriormente descrito, para los distintos grados de erosión que pueden presentarse en estos suelos.

Valores de pH en suelos Pardos Grisáceos de Cuba, según el grado de erosión

Tipo de Suelo Tipo de material de origen Grado de erosión pH(H2O)
Hor. A Hor. B Hor. BC
Pardo Grisáceo Roca ácida Sin erosión 6,32 6,46 6,50
Suave 6,36 6,33 6,86
Mediana 6,50 6,68 7,03
Fuerte 6,01 6,52 6,82
Muy fuerte 6,32 6,46 6,50

Incluso actualmente se ha reconocido que en los suelos Ferralíticos Rojos y Rojos Lixiviados de la llamada “Llanura roja de la Habana” está aumentando el pH 25; para lo cual se elaboró una hipótesis, fundamentada en la degradación del suelo por el cultivo continuado y el aumento de la temperatura media en las llanuras de Cuba, ha aumentado 0,9 °C en los últimos 60 años 26.

Este problema del aumento del pH en suelos Ferralíticos Rojos y Ferralíticos Rojos Lixiviados, está afectando al cultivo del tabaco en las tierras de la Empresa Tabacalera Lázaro Peña en Artemisa, por lo que se están realizando investigaciones para disminuir el pH en estos suelos aplicando turba ácida con muy buenos resultados 27,28.

Todo esto contradice lo que se argumenta sobre la acidificación desmesurada de los suelos en Cuba y el tenor de acidificación pronosticado para 15 años, como se planteó en el año 2001 15.

CONCLUSIONES

La acidificación de los suelos en Cuba ocurre en los suelos Alíticos en forma natural por el proceso de alitización y en forma antropogénica cuando se produce en ellos el proceso de erosión.

Los suelos Pardos Sialíticos de Cuba, se forman por el proceso de sialitización, no se acidifican cuando se erosionan sino que en la mayoría de los casos aumenta el valor de pH, al contrario, de lo que ocurre con los suelos Alíticos.

Por lo anterior, se demuestra que la acidificación por erosión en Cuba es reducida solamente a los suelos Alíticos que son poco extensivos, reducido solamente a áreas en regiones de Alturas de Pizarra en Pinar del Río, en algunas partes de la Isla de la Juventud y en las superficies estables antiguas de las regiones montañosas de Cuba.

Los resultados de este trabajo demuestran que los datos relacionados con la degradación por acidificación en los suelos de Cuba, su pronóstico y el proceso que ocurre por la acidificación del suelo por erosión no son válidos.

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Impacto del Cambio Climático y Medidas de Adaptación en Cuba Internet Primera 2013 28/04/2020 1 445 Available from: https://www.google.com/search?sxsrf=ALeKk00Z7WIlkJrBjZBjTM-F0W63TQ3anA%3A1588253215434&ei=H9KqXq-HGsK-ggfEuLSoCQ&q=Impacto+del+Cambio+Clim%C3%A1tico+y+Medidas+de+Adaptaci%C3%B3n+en+Cuba.+2013&oq=Impacto+del+Cambio+Clim%C3%A1tico+y+Medidas+de+Adaptaci%C3%B3n+en+Cuba.+2013&gs_lcp=CgZwc3ktYWIQAzoECAAQR1CIoGJYiKBiYJqlYmgAcAJ4AIABcYgBcZIBAzAuMZgBAKABAqABAaoBB2d3cy13aXo&sclient=psy-ab&ved=0ahUKEwjvkuCloJDpAhVCn-AKHUQcDZUQ4dUDCAs&uact=5 27. Cánepa Ramos Y, Trémols González AJ, González Mederos A, Hernández Jiménez A. Situación actual de los suelos tabacaleros de la empresa Lázaro Peña de la provincia Artemisa. Cultivos Tropicales. 2015;36(1):80-5. Cánepa Ramos Y Trémols González AJ González Mederos A Hernández Jiménez A Situación actual de los suelos tabacaleros de la empresa Lázaro Peña de la provincia Artemisa Cultivos Tropicales 2015 36 1 80 85 28. Ricote O. 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In the last 15 years, it has been considering that in Cuba the process of soils degradation by acidification occurs with some intensity. It is about that 40 % of the whole Cuban territory the soils are affected by this process, with an increase or 2.9 % annually. Besides, that with erosion processes occur the acidification of soils. The objective of this paper is to demonstrate that this problem is no really. The increase of soil acidity by soil erosion take place only in Allitics Group of soils, which have a B horizon with a high content of exchangeable aluminum and pH value equal or less than 4,5, but these soils are few extensive in Cuba occupying 555 400 ha that is only 5 % of the territory. The main objective of this paper is to demonstrate that soils of Brown Siallitic Group (that are the most extensive in Cuba, occupying 2 355 800 ha, that is 21 % of the country), when are affected by erosion process increase the pH value because these soils with the depth the pH value is higher. These results show that the acidification process in Cuban soils isn´t so intensive, as is present in some papers.

Key words: Soil degradation. Soil reaction acidity
INTRODUCTION

One of the great challenges facing agriculture today is to guarantee the food security of the population. For this, it is necessary to have soils that have appropriate conditions to maintain agricultural production in a sustainable way 1.

Soil acidification is one of the negative processes that limit its productivity. It can occur naturally and anthropogenic. It naturally occurs in tropical regions due to the evolution of the soil, due to the chemical-mineralogical transformations that occur due to weathering, in time and space, with the stages of formation sialitization, fersialitization, ferralitization and alitization, recognized by the Cuban Soil Classification 2.

In the alitization process, soils acquire a percentage greater than 50 % due to changeable aluminum. It has caused that in recent years they are classified independently at the first level in soil classifications; as Alitic soils as in the Cuban Soil Classification 1, Alisols as in the World Reference Base soil classification 3 or at the Large Group level as it is in the Brazilian Soil Classification 4.

These soils, in tropical regions, due to the presence of high amounts of exchangeable aluminum, lead to limitations in the adequate development of crops such as wheat (Triticum aestivum) and rice (Oriza sativa). There is a very high fixation of assimilable P2O5, limitations for the development of microorganisms, toxicity created by aluminum since it causes abnormal root development and pH conditions that limit the assimilation of nutrients 5,6 .

Another natural form of acidification of soils occurs in the rainier temperate countries. With the loss of bases in the exchange complex, hydrogen saturation occurs with the decrease in soil pH. This type of acidity is less harmful than in the case of alitization.

In Mexico, great attention is paid, to the problem of soil acidity and its negative influence on agriculture. It has been determined that 7 % of the country's surface (14 million ha) has soils with a pH equal to or less than 6.5 and that the area under cultivation with acidic soils is approximately 14 % of the total surface under cultivation 7. Most of these soils are located in tropical regions such as Veracruz, Tabasco, Oaxaca and Chiapas.

In addition, it must be taken into account that Mexico is a country where volcanism has a great influence on the formation of soils and that volcanic ash in a humid tropical environment evolves rapidly, giving rise to the accumulation of exchangeable aluminum in soils 8.

In Colombia, there are also studies in relation to the acidity of the soil in relation to exchangeable aluminum. For example, one of the most common limitations in Colombian soils is related to the phenomena caused by acidity, which is a consequence of the toxicity generated, mainly, by interchangeable aluminum 9,10. Other results on the effect of aluminum in different crops at the experimental laboratory level are obtained, in the study of the growth and root morphology of tolerant plants such as wheat (Triticum aestivum) and sensitive to high concentrations of aluminum and low values pH (around 4.0) 5. The development of the roots of the wheat plants (Triticum aestivum) was in greater quantity and size than the tolerant ones could be verified. Likewise, high amounts of Al were found in tropical regions changeable in a highly weathered Oxisol 11.

Also in this country, soil pH and nutrient availability are being for a very important crop studied, for the Amazon region such as cocoa (Teobroma cacao) 12

Other studies are related to the improvement of acid soils using different materials that lead to a decrease in the acidity of the soil 9.

In summary, in tropical soils the acidity is by the much-accentuated weathering process caused, which results in the formation of high amounts of changeable aluminum, which leads to the soils being highly acidic (pH less than 4.5).

Despite the toxic nature of aluminum in soils, there are results that show positive aspects in this element, when applied with phosphoric rock in the cultivation of strawberry (Fragaria vesca), but in experimental conditions without soil. In this case, it is to aluminum attributed, a beneficial action by solubilizing phosphorus from phosphoric rock and raising its level as a nutrient available to the plant 13.

In Cuba, the high concentration of changeable aluminum and therefore acidity is found in soils classified as Alitic, for which one of the indicators of the classification of these soils is the presence of a pH equal to or less than 4.5, with a changeable aluminum content equal to or greater than 50 %. This process is called alitization 2 and it manifests itself mainly on horizon B and is generally located in the oldest soil formation regions of the Island such as the Alturas de Pizarras, Pinar del Río, Isla de la Juventud and in the stable regions of the Nipe - Sagua - Baracoa, Sierra Maestra and Escambray mountain ranges.

According to some authors, the formation of acidic soils by anthropogenic influence takes place 14 when:

There is development of acid rains in countries with high industrialization

Intensive application of residual acid fertilizers such as nitrates and sulfates

Erosion in soils with acidic pH in the middle and lower part of the profile

In recent years, it is argued that the acidification of soils in Cuba occurs intensely with the erosive process. In our opinion manifests itself well in Alitic soils, but is exaggerated in relation to the extent of soils degraded by acidity (3.4 million ha; 40.3 % of the territory of Cuba) and with the estimated growth of soil acidification for the next 15 years of 2.9 % of the agricultural area 15. There are even authors who affirm the following: Among the factors that most influence the acidification of Cuban soils, erosion is considered, since large amounts of soil are lost and with it, significant base losses, among which calcium and magnesium due to its greater relative abundance with respect to total bases. This causes an increase in the concentration of H+ ions, lowering the pH levels and increasing the acidification of the soil. According to data from the Soil Institute, 51 % of the total area of acidic soils is eroded, which is evidence of the incidence of the factor that is analyzed 16.

Taking into account the foregoing, this work aims to demonstrate that the soils of the Brown Sialitic Grouping, which are the most extensive in Cuba (3,355,800 ha; 21 % of the territory) 17 and highly susceptible to erosion, they are not acidified by the erosive process, but on the contrary, the pH increases with depth.

MATERIAL AND METHODS

Results of Brown soil characterization were from different publications taken 18-21.

From these results, data were taken from 71 profiles of Sialitic Brown soils, 52 of them from Brown soils and 19 from Grayish Brown soil (Table 1).

Number of profiles studied according to the type of soil and source material

Groupingof soils Genetic type Source material Nu. of profiles
SIALYTIC BROWN BROWN Intermediate rock 12
Basic and ultrabasic rock 18
Rock with little carbonate 17
Rock with a lot of carbonates 5
GRAYISH BROWN. Acid rock 19
Total of profiles 71

The analytical results shown were by the following analytical methods determined.

pH by potentiometry with the ratio soil water 1:2

Changeable acidity by the Sokolov method

Bases changeable by extraction with ammonium acetate

Base change ability by extraction with ammonium acetate and saturation with sodium acetate

Base saturation degree by calculation method

RESULTS AND DISCUSSION

Natural acidification of soils is a process that occurs over time through the action of weathering, being more intense in tropical climates, especially humid tropical ones. In studies carried out in Colombia, it is stated that the nature of acidity in tropical soils is produced by weathering when the bases in clays are replaced by aluminum, this element being the cause of acidity in most soils tropical 10.

For the soils of the Amazon it is stated that: Acidic soils are known to be found above all in the tropical strip, Amazonian soils are acidic, generally poor in nutrients and have a low retention potential, especially calcium, potassium and phosphorus . Thus, the soils of the Vaca Diez province are characterized by their low fertility, good internal and external drainage, frank and loamy clay texture, good surface and internal drainage, effective depth greater than one meter, very acid pH (3.7) to moderately acidic (5.5) and a greater use capacity for forest production 22.

Despite the fact that aluminum acidity has been found to be toxic to soils, there are results of the application of aluminum accompanied by phosphoric rock, to dissolve phosphorus by acidity, in strawberry cultivation, although in hydroponic conditions 12.

At the present time in many texts it is stated that acidification of soils is related to erosion and that many soils when eroded are acidified. This can really happen in Alitic soils. As an example, the data from a non-eroded Alitic soil profile (Table 2) studied in San Juan and Martínez, Pinar del Río are presented below 23.

Characteristics of an Alitic soil profile of Low clay activity in San Juan y Martínez, Pinar del Río province

Depth,cm pH Changeable acidity (cmol) Changeable bases (cmol) S cmol T cmol GS (%)
H2O KCl Al+3 H+ Total Ca+2 Mg+2 Na+ K+
0-20 5.9 4.9 0.6 0.8 1.4 2.0 0.27 0.1 0.45 2.83 4.12 47.0
20-30 5.2 4.0 1.4 2.4 3.8 3.5 0.49 0.1 0.25 4.34 6.34 54.3
30-60 5.0 3.9 5.8 1.2 7.0 3.5 0.63 0.1 0.20 4.43 11.34 43.9
60-90 4.5 3.5 6.0 1.0 7.0 0.9 0.46 0.1 0.15 2.61 --- ---

Another highly acidic soil profile in pre-mountainous regions of the Alturas de Pizarras in Pinar del Río, also shows the enrichment in acidity and changeable aluminum in the middle and lower part of the profile (Table 3) 18.

Characteristics of an Alitic soil of low clay activity of Alturas de Pizarras, in Pinar del Río

Depth.,cm pH Changeable acidity (cmol) Changeable bases (cmol) S cmol T cmol GS (%)
H2O KCl Al+3 H+ Total Ca+2 Mg+2 Na+ K+
0-15 4.9 4.1 4.11 0.37 4.48 1.04 0.66 0.15 0.30 2.15 11.78 18.3
15-30 4.8 4.2 4.75 0.37 5.12 0.43 0.52 0.07 0.10 1.12 10.08 11.1
30-60 4.7 4.2 9.26 0.26 9.52 0.24 0.29 0.05 0.07 0.65 11.16 5.8
60-90 4.6 3.8 18.56 0.43 18.99 0.59 0.98 0.27 0.14 1.92 19.90 9.6
90-110 4.7 3.7 17.52 0.44 17.86 0.28 0.19 0.36 0.19 1.02 20.71 4.9

The same occurs with the Alitic soils that appear in stable and ancient parts of the mountainous regions, such as the PDG-5 profile, taken in the Sierra Maestra (Table 4) 24.

Characteristics of an Alitic soil of Low clay Activity in the Sierra Maestra, Cuba

Depth.,cm pH Changeable acidity (cmol) Changeable bases (cmol) S cmol T cmol GS (%)
H2O KCl Al+3 H+ Total Ca+2 Mg+2 Na+ K+
Profile PDG-5
0-22 4.30 4.10 --- --- --- 2.50 1.87 9.35 0.53 5.25 --- ---
22-50 4,10 4.00 --- --- --- 1.25 0.62 0.22 0.15 2.24 --- ---
50-80 4.00 3.90 --- --- --- 1.25 1.25 0.22 0.06 2.78 --- ---
80-110 4.15 4.20 --- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

As can be seen in these three soil profiles, they present a very acid reaction, especially in the middle part, with a lot of changeable aluminum. Its formation is natural due to the alitization process in time and space. If they erode, the acidity increases, they appear in the upper part of the profile, the clayier and more acidic horizon B, with a high content of changeable aluminum. That is, the Alitic soils are formed by a natural process of soil formation, called alitization 1 and are distributed both in Alturas de Pizarras, as well as in the part of San Juan and Martínez in Pinar del Río, as well as in the mountainous massifs of Cuba. For them, the accumulation of exchangeable aluminum in a percentage greater than or equal to 50 % is common, mainly in the middle and lower part of the profile; with very acidic reaction. They, by their nature and the relief conditions, are very vulnerable to erosion; thus, when they are eroded, the acidity increases, due to a relative acidification of the soil. Therefore, acidification of soils by erosion is valid for the Alitic soils of Cuba. However, not all soils that are eroded have this problem.

In order to know if this problem is extensive, it would be necessary to determine the area of eroded Alitic soils. In this case, in the first place, it would be necessary to see what surface these soils occupy in Cuba, since many mountainous soils are not cultivated and if they are the cultivation of coffee or cocoa, which are permanent plantations that tend to enrich the organic matter content of the soil. Furthermore, Alitic soils occupy relatively little extensive surfaces in Cuba.

However, this same problem does not occur in the Brown Sialitic soils, which are the most extensive in Cuba, in wavy-ridged, pre-mountainous and mountainous reliefs 17.

It must first considers the process of formation of these soils, which is sialitization called 1. Due to this process, the decomposition of the primary minerals results in the formation of clay, with bases such as calcium, magnesium, potassium and sodium in the form of hydroxides, which initially leads to an alkaline pH, later with the weather and over time the soil is washed, partly with silica and with bases, the pH being less alkaline. The most important thing is the formation of clay of the smectite type, in conditions of pH between 6.5 and 7.5. In the deeper layers, with BC and C-horizon, the weathering is less intense, so the pH tends to be higher.

Taking into account the above, in this work 71-soil profiles of the Brown Sialitic Grouping are analyzed, which include the Brown and Greyish Brown types (Table 1). The degree of erosion and its correspondence with the pH values in each of the types of these soils were determined, also in relation to the type of source material. These results are set forth below in Table 5.

The data obtained shows that, in all cases, with depth the pH value increases or remains almost the same instead of decreasing. This shows that, if these soils are eroded, they increase in pH instead of decreasing, very different from what is proposed that with erosion the acidity of the soil increases 16.

pH values in Brown Soils of Cuba, in relation to the degree of erosion

Type of soil Type of origin of material Degree of erosion pH(H2O)
Hor. A Hor. B Hor BC
Brown Intermediate rock No erosion 6.56 6.60 7.15
Soft 6.20 6.20 6.10
Median 6.90 6.78 6.88
Strong 6.80 6.75 6.84
Very strong 7.83 --- ---
Basic or ultrabasic rock No erosion 6.26 6.53 6.68
Soft 6.85 7.00 ---
Median 7.06 7.45 7.70
Strong 6.53 7.03 7.40
Very strong No No No
Rock with little to medium carbonate content No erosion 7.29 7.56 7.88
Soft 6.77 7.75 7.91
Median --- --- ---
Strong --- --- ---
Very strong Sin Hor A Sin Hor B 7.89
High carbonate rock No erosion 8.10 8.19 8.40
Soft 7.68 7.78 8.00
Median --- --- ---
Strong --- --- ---
Very strong Without Hor A 8.10 8.50

In the case of the genetic type of gray-brown soil, they are also formed by the sialitization process, but edaphogenesis occurs under conditions of a very particular type of rock that is made up of acidic rocks (in Cuba mainly granitoid rocks), rich in quartz, feldspars and some amphiboles and pyroxenes. In these conditions under a sub-humid tropical climate that takes place in most of the plains of Cuba, in relatively young reliefs, the soil is formed with accumulation of a lot of quartz, which remains residual in the form of sand, while feldspars and amphiboles and pyroxenes and weathering resulting in the formation of clay, and the corresponding hydroxides. Silica is not as abundant as in intermediate and basic rocks, 2:1 type clay is in combination with 1:1 formed, and the washing process tends to be faster due to the mineralogical composition and lighter texture than it acquires the soil compared to this same process on other types of soil-forming rocks.

However, at depth the soil has a higher pH than on the surface and does not become acidic, on the contrary, the pH becomes more alkaline. This is why, as with brown soils, if the soil erodes, it becomes more alkaline rather than more acidic. The data shown in Table 6, demonstrate the above described, for the different degrees of erosion that can occur in these soils.

PH values in gray-brown soils of Cuba, according to the degree of erosion

Soil Type Source Material Type Erosion Degree pH(H2O)
Hor. A Hor. B Hor. BC
Greyish Brown Acid rock No erosion 6.32 6.46 6.50
Soft 6.36 6.33 6.86
Median 6.50 6.68 7.03
Strong 6.01 6.52 6.82
Very strong 6.32 6.46 6.50

Even now, it has been recognized that in the Ferralitic Red and Red Leachate soils of the so-called "Red Plain of Havana" the pH is increasing 25. For this, a hypothesis was, based on the degradation of the soil developed by continued cultivation and the increase in the average temperature in the plains of Cuba 26 it has increased 0.9 ºC in the last 60 years.

This problem of the increase in pH in Ferralitic Red and Ferralitic Red Leachate soils is affecting tobacco cultivation in the lands of the Tobacco Company Lázaro Peña in Artemisa, for which reason research is being to decrease the pH in these soils carried out by applying acidic peat with very good results (27, 28).

All this contradicts what is argued about the excessive acidification of the soils in Cuba and the tenor of acidification predicted for 15 years, as it was proposed in 2001 15.

CONCLUSIONS

Acidification of soils in Cuba occurs in Alitic soils naturally by the alitization process and anthropogenic when the erosion process occurs in them.

The Brown Sialitic soils of Cuba are by the sialitization process formed, they do not acidify when they are eroded, but in most cases, the pH value increases, on the contrary, what with Alitic soils occurs.

From the above, it is shown that acidification by erosion in Cuba is reduced only to Alitic soils that are not very extensive, reduced only to areas in the Alturas de Pizarra regions in Pinar del Río, in some parts of Isla de la Juventud and on the old stable surfaces of the mountainous regions of Cuba.

The results of this work demonstrate that the data related to degradation by acidification in Cuban soils, its prognosis and the process that occurs due to soil acidification by erosion are not valid.

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