Autor/s: Ascaso, Emili; Vicens, Marc; López, Patricia; Herms, Ignasi
Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya
Títol: Alguns indicadors de la qualitat dels sòls de Catalunya
Temātica: Geologia
Publicat a: Revista Catalana de Geografia
IV època / volum XXII / núm. 55 / abril 2017
Font: Geoquímica ambiental de Catalunya. Col·lecció Monografies tècniques, 5. ICGC.
URL: http://www.rcg.cat/articles.php?id=403


ALGUNS INDICADORS DE LA QUALITAT DELS SÒLS DE CATALUNYA

Emili Ascaso, Marc Vicens, Patricia López, Ignasi Herms
Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya

 

Introducció

El concepte sòl presenta diferents significats en funció del camp d’actuació i l’interès de qui fa la definició: agricultor, enginyer, planificador, geòleg, polític... La Comissió Europea ha definit el sòl com la capa superior de l’escorça terrestre que està composta per una barreja de partícules minerals, matèria orgànica, aigua, aire i organismes vius; el que conforma un medi ambient molt complex i variable (Directiva 2007/2/EC).

Aquesta barreja biogeoquímica, localitzada en la interfase litosfera-hidrosfera-atmosfera, constitueix un cos natural viu, dinàmic i no renovable a curt i mitjà termini, que compleix una sèrie de funcions que s’acostumen a dividir en dos grans grups, unes de tipus més ecològiques (producció de biomassa, interacció ambiental, hàbitat biològic, reserva genètica...) i d’altres lligades a l’activitat humana (Blum et al., 1994).

En aquest sentit, el sòl s’entén, cada dia més, com un recurs limitat i vulnerable, com poden ser l’aigua o l’aire, que està subjecte a nombroses i ben documentades amenaces: erosió, pèrdua de matèria orgànica, compactació, salinització, despreniments, contaminació, segellat. A escala mundial, la creixent pressió que l’home està exercint sobre aquest recurs fa que la seva degradació s’acceleri i que les àrees severament afectades augmentin dia a dia, amb conseqüències negatives per a la salut de l’home, pels ecosistemes naturals, pel canvi climàtic i, en definitiva, per a la nostra economia.

Un dels reptes més importants que té avui la nostra societat és la conciliació de la demanda de sòl, com a recurs, amb la seva capacitat regenerativa en condicions naturals; atès que, quan els sòls són forçats més enllà dels seus límits de resiliència, no són capaços de retornar al seu estat primitiu de funcionalitat sense l’aplicació massiva d’aportacions externes. L’establiment d’un ús sostenible i eficient del sòl passa per la definició, de forma clara i sense ambigüitat, dels potencials i de les limitacions dels sòls en relació a les diferents funcions que poden desenvolupar (Hartemink, 2006).

Fa més d’una dècada, el concepte de qualitat del sòl, associat a la seva capacitat per exercir aquestes funcions, va centrar l’atenció en el món de les ciències del sòl. La dificultat, però, per integrar de forma simultània les diverses i, en ocasions, conflictives funcions, així com el fet que el concepte hagi estat definit en base a criteris contextuals i, sovint, subjectius, han fet difícil el seu ús fins al moment.

La qualitat del sòl es percep com una característica abstracta dels sòls que no pot ser definida de forma acurada perquè depèn de factors externs com són el seu ús, les pràctiques de maneig, les interaccions amb el medi ambient i les prioritats socioeconòmiques i polítiques (Pankhurst et al., 1997). A més, moltes vegades, les funcions dels sòls no poden ser quantificades directament i, per tant, s’han d’emprar algunes característiques físiques, químiques i biològiques per fer-ho. Aquestes característiques i propietats es denominen indicadors de la qualitat del sòl.

Objectius

Moltes propietats i característiques dels sòls han estat, i continuen sent, proposades com a potencials indicadors de la qualitat del sòl. Entre ells, i pel seu interès des d’un punt de vista geoquímic, aquest document se centra en el contingut en carbonat càlcic equivalent, el pH, la conductivitat elèctrica i la capacitat d’intercanvi catiònic dels sòls.

Els principals objectius d’aquest estudi són:

  • Mostrar els valors obtinguts per aquests quatre indicadors a les cartografies de sòls que han portat a terme organismes oficials a Catalunya.
  • Analitzar la distribució espacial dels valors d’aquests indicadors en relació amb els principals factors formadors dels sòls a Catalunya.


L’àrea d’estudi

Amb una superfície de 32 107 quilòmetres quadrats, Catalunya presenta una orografia molt variada i compartimentada, amb serralades que segueixen la línia costanera, depressions a l’interior, pics que arriben a més de 3 350 metres als Pirineus i, 250 quilòmetres més al sud, un delta que recull els sediments d’un dels rius més cabalosos de la Península Ibèrica: l’Ebre.

Des d’un punt de vista fisiogràfic, Catalunya es pot dividir en tres grans àrees (Figura 1):

  • Els Pirineus, formats per un conjunt de serres que s’estenen de forma paral·lela en direcció est-oest. Es caracteritzen per les seves grans alçades i per un paisatge molt agrest.
  • El Sistema Mediterrani, també conegut com a Serralades Costaneres, és un sistema dual de serralades més o menys paral·leles, separades per una fossa tectònica, que transcorren de nord-est a sud-oest des dels contraforts dels Pirineus als Ports de Tortosa. La Serralada Prelitoral és l’alineació interior i presenta els punts més alts del conjunt del Sistema (1 706 m. al Turó de l’Home). La Serralada Litoral forma l’alineació exterior, paral·lela a la línia de costa, i presenta alçades menors (760 m. al Montnegre).
  • La Depressió Central s’estén entre el Prepirineu i les Serralades Costaneres, obrint-se cap a ponent, per on enllaça amb la Depressió de l’Ebre. Consisteix en una successió d’altiplans que van perdent alçada des dels 800 i 1 000 metres.


 art3_01

Figura 1. Grans unitats fisiogràfiques de Catalunya delimitades sobre el mapa 1:250 000 de grups litològics de Catalunya.


Pel que fa les litologies, als Pirineus i al Sistema Mediterrani apareixen roques metamòrfiques (pissarres i esquistos), batòlits granítics i calcàries del Devonià, com a basament, recobertes per roques sedimentàries mesozoiques, gresos i guixos. Al llarg de les conques que s’han format en aquestes unitats trobem lutites, margues i conglomerats del Miocè i Pliocè.

La Depressió Central presenta principalment lutites, gresos i conglomerats del Terciari, on els rius procedents dels Pirineus han excavat grans valls i conques d’erosió. Calcàries, margues i guixos completen la litologia d’aquesta àrea.

L’orografia condiciona notablement el clima de Catalunya (figures 2a i 2b). Encara que es pot dir que els hiverns són suaus i els estius, calorosos i secs, les temperatures oscil·len considerablement de la línia de costa a les planes de l’interior i als Pirineus. A la franja litoral i les planes les temperatures són notablement més altes a l’estiu, situant-se amb freqüència per sobre dels 30 graus. A l’hivern, les temperatures són força més baixes als Pirineus i a la Depressió Central i és habitual que oscil·lin entorn dels zero graus.

art3_02

Figura 2. a) Temperatura atmosfèrica mitjana anual (ºC) i b) Pluviometria mitjana anual (mm) a Catalunya (Atles climàtic digital de Catalunya, Ninyerola et al., 2001).


La pluviometria és molt irregular a tot el territori. La mitjana varia entre menys de 400 mm a les planes de Lleida a més de 1 250 mm a les zones més elevades dels Pirineus, en aquest cas majoritàriament en forma de neu que acostuma a mantenir-se fins a la primavera.

Material i mètodes

L’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya (ICGC) va ser creat al gener de l’any 2014. Entre altres, les seves funcions estan relacionades amb impulsar i dur a terme les actuacions relatives al coneixement, la prospecció i la informació sobre el sòl i el subsòl, en els termes establerts per la Llei 16/2005, de 27 de desembre, de la informació geogràfica i de l’Institut Cartogràfic de Catalunya, i per la Llei 19/2005, de 27 de desembre, de l’Institut Geològic de Catalunya.

Des del punt de vista de la cartografia de sòls, el Geotreball IV: Mapa de Sòls de Catalunya ha volgut ser una continuació i, al mateix temps, un impuls al programa de cartografia que l’any 1983 va iniciar el Departament d’Agricultura, Ramaderia, Pesca i Alimentació de la Generalitat de Catalunya (DARP).

Durant tots aquests anys, més de 14 000 perfils de sòls han estat descrits, principalment en àrees d’interès agrícola, i més de 28 000 mostres han estat analitzades amb l’objectiu de caracteritzar els sòls des d’un punt de vista edafològic (Figura 3).

art3_03

Figura 3. Distribució dels escandalls estudiats.


Les mostres s’han analitzant seguint les metodologies exposades en els “Métodos Oficiales de
Análisis. Tomo III: Suelos y aguas”, del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, que estan particularment adaptades als sòls calcaris, majoritaris a Catalunya, així com als sòls afectats per salinitat.

Des de l’any 2007, tota la informació generada en les cartografies de sòls que ha portat a terme l’administració s’està organitzant en unes bases de dades especialment dissenyades i que conformen el sistema d’informació de sòls de l’ICGC. D’aquesta forma se simplifiquen les tasques d’emmagatzematge, edició, actualització, consulta, anàlisi, interpretació i presentació de les dades de sòls. Un bon exemple d’aquesta eina són les consultes efectuades per obtenir les dades que es presenten en aquest estudi.

Resultats i discussió

Carbonat càlcic equivalent
Els carbonats són un grup de minerals en els que la unitat estructural principal és l’ió CO=
3. La calcita és la forma més comuna de carbonat en el sòl, tot i que l’aragonita, que es meteoritza fàcilment a calcita, la dolomita i la magnesita també acostumen a ser-hi presents.

Els carbonats es dissolen fàcilment en aigua que contingui anhídrid carbònic, no així en aigua pura. Per tant l’activitat biològica del sòl facilita la mobilització dels carbonats, el que té la seva importància en els processos formadors del sòl (meteorització, translocació i/o acumulació) i en les característiques morfològiques resultants.

En el sòl, els carbonats es poden formar directament d’una calcària que es meteoritza o de qualsevol roca sedimentària que contingui carbonats. De forma indirecta, o secundària, els carbonats també és poden constituir a partir de solucions del sòl riques en HCO-3 i Ca2+, com és el cas de les àrees que presenten importants circulacions d’aigua enriquida en aquests ions. En alguns casos, principalment en règims d’humitat xèrics, també les plagiòclasis dels granits poden aportar el calci necessari per a la seva formació.

Tot i la tendència actual a utilitzar mètodes molt més precisos, per la seva senzillesa, rapidesa i cost reduït, el mètode que s’ha utilitzat per a la determinació del carbonat càlcic equivalent en les mostres recollides en els estudis de sòls duts a terme per l’administració a Catalunya ha estat el calcímetre de Bernard.

La Taula 1 presenta els principals estadístics que resumeixen els valors del contingut en carbonat càlcic equivalent determinat a les 27 467 mostres analitzades. Com es pot apreciar, els valors varien entre el 0 i el 95%. D’altra banda, tot i que la moda de la distribució és 0, gairebé el 75% de les mostres recopilades en les cartografies de Catalunya es classifiquen com a moderadament altes (20-30%), altes (30-40%) i, fins i tot, molt altes (>40%) (Figura 4).

Estadístic 
 Valor (%)
 Valor mínim 
 Percentil 10
 Percentil 25  19 
 Percentil 50 (mitjana)  31 
 Percentil 75  40 
 Percentil 90  50 
 Valor màxim  95 
 Mitjana  30 
 Moda 
 Desviació estàndard  16,6 
 Variància  276,2 
 Coeficient de variància   
  0,56 
 Coeficient d’asimetria  0,12 


Taula 1.
Estadístics característics de la distribució dels continguts de Carbonat Càlcic Equivalent de les mostres analitzades.


art3_04
Figura 4.
Distribució dels continguts de Carbonat Càlcic Equivalent de les mostres analitzades en funció del criteri proposat en les cartografies de l’ICGC per avaluar aquest indicador.


En el cas del carbonat càlcic equivalent, la distribució geogràfica dels continguts més baixos segueix, principalment, la distribució geogràfica de les roques que presenten litologies més silicatades.

Respecte als valors de pluja, estimada a partir de les dades de l’atles climàtic digital de Catalunya (Ninyerola, M. et al., 2000), s’observa una correlació moderada i negativa (–0,46). A més, la regressió simple dels continguts de carbonat càlcic equivalent respecte la pluja només explica un 21% del valors determinats (Figura 5 a).

Pel que fa als usos del sòl, les mostres recollides en sòls desenvolupats en zones forestals presenten valors més baixos, tot i que aquesta diferència no s’ha trobat estadísticament significativa (Figura 5 b).


art3_05abo 
art3_05bbo
 

Figura 5. a) Gràfic de dispersió dels continguts de carbonat càlcic determinat a les mostres analitzades i la pluja. b) Diagrames de caixa del contingut de carbonat càlcic equivalent en funció dels usos generals del sòl del territori.


Els valors més alts de carbonat càlcic es distribueixen principalment per tota la conca de l’Ebre i per la part sud del sistema mediterrani. Les mostres pertanyen, principalment, a sòls desenvolupats sobre margues i lutites molt riques en carbonats i sobre sediments detrítics procedents de la meteorització de les roques calcàries. En algun cas, també la posició geomorfològica ha afavorit l’acumulació secundària de grans quantitats de carbonats.


5.2. pH

El pH és una de les propietats químiques del sòl més indicativa; es refereix, generalment, al grau d’acidesa o alcalinitat del sòl. L’objectiu del seu estudi en la caracterització dels sòls és el de poder arribar a fer un diagnòstic de les diverses condicions que regeixen en els processos formadors del sòl, la translocació d’elements, la disponibilitat de nutrients, els problemes de toxicitat, l’activitat biològica, etc. Els resultats d’aquesta analítica s’han de complementar, habitualment, amb d’altres tècniques i el valor de pH és un criteri per orientar-les.

En les mostres recollides al llarg de les cartografies portades a terme a Catalunya, s’ha generalitzat la determinació del pH en una solució sòl-aigua 1:2,5. La Taula 2 presenta els principals estadístics que resumeixen els valors dels 28 477 pH determinats. Com es pot apreciar, el valor
de pH de les mostres varia entre 3,4 i 10,6, tot i que gairebé el 90% de les mostres recopilades a les cartografies de Catalunya es classifiquen com a moderadament bàsiques o lleugerament alcalines (pH=7,9-9,0), (Figura 6).

 Estadístic 
Valor 
 Valor mínim  3,4 
 Percentil 10  7,9 
 Percentil 25  8,2 
 Percentil 50 (mitjana)  8,4 
 Percentil 75  8,5 
 Percentil 90  8,7 
 Valor màxim  10,6 
 Mitjana  8,3 
 Moda  8,4 
 Desviació estàndard 0,58  
 Variància  0,33 
 Coeficient de variància  0,04 
 Coeficient d’asimetria  –3,25 

Taula 2. Estadístics característics de la distribució dels valors de pH de les mostres analitzades.


 art3_06

Figura 6. Distribució dels valors de pH de les mostres analitzades en funció del criteri emprat a les cartografies de l'ICGC per avaluar aquest indicador.

En general, aquests valors es corresponen amb els elevats continguts de carbonat càlcic que presenten els materials originals constituents de la gran majoria dels sòls de Catalunya i amb el règim d’humitat no percolant, típic de regions àrides i semiàrides. En aquestes condicions, el carbonat càlcic amorteix o tampona les variacions de pH, que pren valors al voltant de 8,5.

Geogràficament, però, s’observa que les mostres amb valors més baixos de pH apareixen principalment a les comarques pirinenques, també en algunes àrees de la Selva, del Vallès Oriental, del Maresme, del Priorat i en algunes mostres del Parc Natural dels Ports, al Montsià. En principi, aquests valors semblarien relacionats amb mostres de sòls desenvolupats a partir de les roques poc o gens carbonatades i en àrees que presenten unes pluviometries més elevades.

Comparant les localitzacions de les mostres amb les unitats cartogràfiques del mapa geològic 1:50 000 de Catalunya, es pot apreciar que hi ha una gran varietat de roques sobre les que s’han desenvolupat els sòls amb valors de pH baixos. En qualsevol cas, sembla evident que les mostres recopilades sobre granitòids, quarsites i esquistos, acostumen a presentar, en general, valors més baixos de pH a causa de les seves litologies més silicatades; tot i així, aquests valors no sempre resulten estadísticament significatius atès que també es presenten mostres amb valors de pH més elevats.

Els valors de pH determinats a les mostres presenten un coeficient de correlació moderat i positiu (0,42) respecte els valors de carbonat càlcic equivalent obtinguts (Figura 7 a). En relació als valors de pluja (Ninyerola, M. et al.), també s’observa una correlació moderada i negativa (–0,43), (Figura 7 b). En cap dels dos casos una regressió lineal simple permet explicar més d’un 18% del valors de pH, mentre que la regressió múltiple, consideran tots dos paràmetres, tot just explica el 37%.

art3_07

Figura 7. Gràfic de dispersió dels valors de pH determinats a les mostres analitzades i els continguts de carbonat càlcic equivalent (a);  la pluja mitjana anual del lloc on es van recollir les mostres (b).


Pel que fa els usos del sòl, no s’ha trobat, estadísticament, una diferència entre els valors de pH, tot i que, en àrees d’ús forestal els valors, en general, són més baixos.

Per últim, pel que fa als valors valors més alts, classificats com a alcalins i fortament alcalins, la gran majoria es concentra en àrees agrícoles transformades en regadiu, a l’Empordà i a les planes de Lleida, i estan relacionats amb problemes de sodicitat que acostumen a degradar l’estructura.

Conductivitat elèctrica

Els sòls afectats per sals són comuns a les regions semiàrides i àrides, on la precipitació anual és insuficient per satisfer les necessitats d’evapotranspiració dels vegetals. Com a resultat, les sals del sòl no es renten, si no que s’acumulen en quantitats que són perjudicials per al creixement dels vegetals. Però els problemes salins no es limiten a zones semiàrides o àrides; poden presentar-se en regions subhumides i, fins i tot, en regions humides quan les condicions són propícies.

Els sòls en els que es produeix una acumulació de sals suficient per interferir en el creixement dels cultius i d’altres plantes no especialitzades es denominen sòls salins. Les sals solubles que s’acumulen en el sòl poden tenir dos tipus d’efectes sobre les plantes: un a causa de l’elevació de la pressió osmòtica de la solució al voltant de les arrels i que obliga a la planta a exercir una succió cada cop més gran fins que finalment es pot arribar a produir una sequera fisiològica i un altre a causa de ions específics de les sals que poden ser directament perjudicials per al seu desenvolupament.

La conductivitat elèctrica d’un extracte de pasta saturada, que presenta una bona correlació amb la pressió osmòtica i és més fàcil de determinar, mesura la salinitat d’una mostra de sòl en condicions de saturació d’aigua. El seu valor es pot utilitzar directament per estimar l’efecte de la salinitat del sòl en el desenvolupament de les plantes.

El contingut de sals d’un sòl també es pot determinar, de forma aproximada, a partir de la mesura de la conductivitat elèctrica d’una suspensió més diluïda; en aquest cas, parlem d’una prova prèvia de salinitat. Aquest mètode és menys laboriós i, per tant, més ràpid, fet que permet la gestió sistemàtica d’un major nombre de mostres. Per contra, requereix funcions de regressió que relacionin els valors obtinguts amb els de la conductivitat elèctrica de l’extracte de pasta. Lògicament, cada cop que la prova prèvia detecta que un sòl pot estar salinitzat, s’ha d’aprofundir l’estudi preparant un extracte de pasta saturada.

En els cas de les cartografies de sòls portades a terme per l’administració de Catalunya, el mètode emprat ha estat la determinació de la conductivitat elèctrica de l’extracte 1:5.

La Taula 3 presenta els principals estadístics que resumeixen els valors de conductivitat elèctrica de l’extracte 1:5, determinats a les 27 806 mostres analitzades. Com es pot apreciar, els valors varien entre el 0,01 i el 8,26 dS/m (a 25 °C). Atés que, en diferents treballs d’investigació, els coeficients de regressió que relacionen aquests valors de conductivitat elèctrica amb els de la pasta saturada varien aproximadament entre 6 i 10 (Casanova, 1998), podem dir que un 70% de les mostres es poden classificar com a no salines (CEe < 2dS/m a 25 °C), un 16% com a molt lleugerament salines (CEe = 2 – 4 dS/m a 25 °C), un 6% com a lleugerament salines (CEe = 4 – 8 dS/m a 25 °C), un 4% com a moderadament salines (CEe = 8 – 16 dS/m a 25 °C) i un altre 4% com a fortament salines (CEe > 16 dS/m a 25 °C), (Figura 8).

 Estadístic 
Valor (dS/m) 
 Valor mínim   0,01 
 Percentil 10 0,11 
 Percentil 25  0,14 
 Percentil 50 (mitjana)  0,18 
 Percentil 75  0,29 
 Percentil 90  0,79 
 Valor màxim  8,26 
 Mitjana  0,37 
 Moda  0,18 
 Desviació estàndard  0,58 
 Variància 0,33 
 Coeficient de variància 
  1,55 
 Coeficient d’asimetria  5,16 


Taula 3.
Estadístics característics de la distribució dels valors de conductivitat elèctrica de l’extracte sòl:aigua (1:5) de les mostres analitzades.


art3_08
Figura 8. Distribució dels valors de conductivitat elèctrica de l’extracte 1:5 de les mostres analitzades a les cartografies de l'ICGC per a avaluar aquest indicador.

 

La formació dels sòls salins depèn principalment de factors litològics, geomorfològics, climàtics, hidrològics i antròpics. A Catalunya, la majoria dels sòls que afectats actualment per salinitat estan, d’alguna manera, associats a activitats humanes, principalment al reg (Figura 6).

A les planes de Lleida, les roques sedimentàries que s’han format, generalment, en ambients marins o lacustres, contenen normalment certa quantitat de sals solubles precipitades. A l’aflorar, o quedar prop de la superfície per erosió i ser mullades per l’aigua de reg, aquests materials poden actuar com a centres de redistribució de la salinitat, mobilitzant-la i redistribuint-la.

En alguns casos, els problemes de salinitat es poden veure agreujats pel predomini de l’ió Na+ com a component principal del complex salí, ocasionant també problemes de sodicitat. Com ja s’ha comentat en l’apartat del pH, el reg d’aquests sòls amb aigües de bona qualitat pot provocar problemes encara més importants per la degradació de l’estructura del sòl que afecta al moviment de l’aigua.

A les planes deltaiques i costaneres holocenes de l’Ebre i de l’Empordà, els processos de salinització poden ser encara més complexos al haver-hi interacció entre l’aigua transportada pel riu, que serveix per regar i que acostuma a presentar un contingut salí baix, l’aigua de la capa freàtica, més o menys salina en funció de la seva naturalesa i dels processos que l’alimenten, i l’aigua de mar, procedent de les inundacions que es poden produir durant les tempestes. A aquests processos es pot afegir l’aportació de sals transportades pel vent, ja sigui en forma d’aerosols amb cristalls salins, en suspensió o com a gotes d’aigua altament salina.

Les sals també es poden acumular en terrenys amb un drenatge deficient quan s’han utilitzat aigües salades per al reg atès que la concentració de sals de la solució del sòl s’incrementa a mesura que l’aigua s’esgota durant el creixement dels cultius.

La formació de sòls salins a les terres d’interior s’associa a cicles de mobilització, redistribució i acumulació de les sals contingudes a les roques. Aquests cicles vénen condicionats pel clima, la posició geomorfològica i el drenatge. Els elements alliberats es poden acumular in situ (salinització primària) o es poden transportar i acumular a certa distància del seu lloc d’origen sense transport (acumulació secundària de sals). En les nostres condicions, aquest cicle de salinització és normalment associat a la presència de lutites i margues.

Un cas especial és el dels sòls amb guix, component important en sòls desenvolupats en zones àrides i semiàrides properes a dipòsits geològics rics en guix i altres evaporites. Des d’un punt de vista edàfic, la propietat més destacable d’aquest mineral és la seva relativament alta solubilitat (2,6 gl–1), que fa que els sòls presentin una conductivitat elèctrica aproximadament constant i propera a 2,2 dS/m (a 25 ºC), a partir d’una certa concentració de guix en la mostra de sòls, gairebé independentment de la dilució de l’extracte i del pH. Aquest efecte explica els alts valors de conductivitat elèctrica que s’han trobat en algunes mostres de sòls desenvolupats sobre guixos, especialment sobre el diapir que forma l’anticlinal Balaguer-Barbastre.

Capacitat d’intercanvi catiònic

L’intercanvi iònic és un procés reversible mitjançant el qual un anió o un catió adsorbits per una partícula formadora del sòl és intercanviat per un anió o un catió de la fase líquida del sòl.

La capacitat d’intercanvi catiònic (CIC) és una mesura de la quantitat de cations que de forma reversible poden neutralitzar les càrregues negatives del sòl (Rhoades, 1982a). Normalment s’expressa com la quantitat de càrregues negatives per unitat de pes sec del material, en unitats de centimols per kilogram de sòl (cmol (+) kg–1).

La CIC es considera una mena d’índex de la fertilitat del sòl; valors de 8-10 cmol(+) kg-1, en els horitzons més superficials, acostumen a considerar-se acceptables per poder obtenir una producció satisfactòria quan la resta de factors es troben a nivells adequats.

A les mostres recollides al llarg de les cartografies portades a terme per les diferents administracions de Catalunya, la CIC s’ha determinat mitjançant rentats successius amb acetat sòdic 1N, a pH = 8,2, desplaçament del sodi absort amb acetat amònic 1N i determinació del sodi de la solució desplaçant.

La Taula 4 presenta els principals estadístics que resumeixen els valors de capacitat d’intercanvi catiònic determinada a les 4 544 mostres analitzades.

 Estadístic 
 CIC (cmol(+)*kg–1) 
 Valor mínim  0,3 
 Percentil 10  5,3 
 Percentil 25  7,6 
 Percentil 50 (mitjana)   10,5 
 Percentil 75  14,3 
 Percentil 90  20,0 
 Valor màxim  102,5 
 Mitjana  12,0 
 Moda  10,0 
 Desviació estàndard  7,45 
 Variància  55,46 
 Coeficient de variància 
  0,62 
 Coeficient d’asimetria  3,28 


Taula 4. Estadístics característics de la distribució dels valors de capacitat d’intercanvi catiònic les mostres analitzades.

Com es pot apreciar, els valors de CIC varien entre 0,3 i 102,5 cmol(+) kg–1. Més d’un 60% de les mostres tenen uns valors de CIC que s’han de classificar com a molt baixos, o baixos (<12); només un 5% de les mostres es poden considerar altes o molt altes (Figura 9).


art3_09

Figura 9. Distribució dels valors de capacitat d’intercanvi catiònic de les mostres analitzades en funció del criteri emprat en les cartografies de l’ICGC per aquest indicador.


En principi, la CIC dels minerals que constitueixen el sòl depèn, bàsicament, de la seva superfície específica i de la densitat de càrrega superficial. A més, en el cas dels components orgànics, la CIC està relacionada amb el nombre de grups –COOH que també poden interaccionar amb els cations. La CIC d’un sòl, per tant, varia d’horitzó a horitzó i, en cadascun d’ells, depèn del contingut i tipus de minerals d’argila i dels components orgànics.

Els valors de CIC determinats a les mostres recopilades en les cartografies de Catalunya, presenten un coeficient de correlació moderat i positiu respecte els continguts d’argila (0,40) i matèria orgànica (0,62) de les mostres (figures 10 a i 10 b). La regressió lineal simple respecte al contingut d’argila permet explicar un 15% de la variació del valors de CIC, mentre que, respecte al contingut de matèria orgànica, la regressió arriba a explicar fins a un 38% d’aquesta variació. La regressió múltiple, considerar tots dos paràmetres, explica gairebé el 52%.art3_10bo

Figura 10. Gràfic de dispersió dels valors de CIC determinats a les mostres i els continguts d’argila (a); i els continguts de matèria orgànica (b).


A diferència dels indicadors anteriorment analitzats, no s'aprecia una tendència clara en la distribució dels valors de CIC al llarg de tot el territori. Una anàlisi més detallada de les dades permet observar que els sòls desenvolupats en espais que presenten usos forestals i ramaders presenten uns valors més elevats de CIC; tot i que, estadísticament, no semblen significatius (Figura 11 a). Aquests valors estarien relacionats amb la presència d’un major nombre d’horitzons orgànics (horitzons genètics O) en aquests tipus de sòls que acostumen a mostrar valors més elevats per aquest indicador (Figura 11 b).

art3_11bo

Figura 11. Diagrames de caixa de la capacitat d’intercanvi catiònic en funció dels usos del sòl (a); i del tipus d’horitzó genètic (b).

Els cations intercanviables, atrets a les seus d’intercanvi, procedeixen de la meteorització del material originari, de la mineralització de la matèria orgànica i de les aportacions externes superficials i subterrànies que hi tenen lloc. En les nostres condicions, els cations més freqüents que trobem en els sòls són Ca2+, Mg2+, Na+, i K+ i es denominen bases de canvi.

La determinació d’aquests cations no ha estat una de les analítiques que, de forma sistemàtica, s’hagi portat a terme a les mostres recollides durant l’execució de les cartografies a Catalunya; motiu pel qual, en l’actualitat, es disposen de relativament poques dades d’aquests paràmetres.

En la major part de les mostres dels sòls desenvolupats a la conca de l’Ebre les bases de canvi suposen el 100% de les seus d’intercanvi; és a dir, estan saturades en bases. Aquesta mateixa situació també es dóna en la majoria dels sòls mostrejats al sistema mediterrani, excepte en les mostres procedents dels sòls desenvolupats sobre pelites i materials volcànics a les zones volcàniques de la Garrotxa i de la Selva, a causa de les propietats químiques d’aquests materials originals. Per contra, en la major part de les mostres recollides en els Pirineus, els sòls no estan saturats en bases a causa del baix contingut que presenten els materials originals i del clima més extrem que afavoreix el seu rentat.

Una saturació de bases en el sòl inferior al 50-60% (segons el sistema de classificació) té implicacions en la denominació dels horitzonts de diagnòstic del sòl i, en conseqüència, en la classificació dels sòls i en l'establiment de les unitats taxonòmiques de les cartografies de sòls.

Conclusions

Moltes propietats i característiques dels sòls han estat i continuen sent proposades com a potencials indicadors de la qualitat del sòl. En aquest treball s’ha abordat, per a quatre d’ells, el carbonat càlcic equivalent, el pH, la conductivitat elèctrica i la capacitat d’intercanvi catiònic, l’anàlisi dels valors determinats a les mostres obtingudes a les cartografies de sòls que, de forma sistemàtica, s’estan portant a terme a Catalunya des de l’any 1984, així com l’estudi de la seva distribució espacial.

En síntesi, les conclusions més rellevants que es desprenen d’aquest estudi són:

  • El 75% de les mostres presenten uns continguts de carbonat de més del 20% i es poden considerar alts. La distribució espacial sembla relacionada, principalment, amb la distribució de les litologies de les roques que constitueixen el material original dels sòls.
  • El 90% de les mostres analitzades presenten un pH que les classifica com a moderadament bàsiques o lleugerament alcalines (pH=7,9-9,0). Aquests valors es corresponen amb la presència de carbonat càlcic en els materials originals constituents de la gran majoria dels sòls de Catalunya i amb el règim d’humitat no percolant, típic de regions àrides i semiàrides.
  • Tenint en compte els valors determinats de conductivitat elèctrica de l’extracte 1:5, i el coeficients de regressió estimats entre aquests valors i els de la conductivitat elèctrica de la pasta saturada, es pot estimar que menys d’un 8% de les mostres presenten una salinitat significativa per al desenvolupament de les plantes. A més dels factors litològics, geomorfològics, climàtics i hidrològics, la major part dels sòls afectats actualment per salinitat a Catalunya estan associats a activitats antròpiques, bàsicament al regadiu.
  • La capacitat d’intercanvi catiònic dels sòls de Catalunya és, en general, baixa (<12 mmol(+) kg–1). No s’ha trobat una distribució espacial clara d’aquests valors en el territori, però s’ha trobat una correlació de més de 0.62 amb els continguts de matèria orgànica de les mostres.

 

L’anàlisi duta a terme en aquest treball suposa un primer intent per a determinar i comprendre possibles relacions entre els indicadors de qualitat del sòl avaluats i els factors i processos formadors dels sòls.

D’altra banda s’ha fet palesa l’existència d’una gran quantitat de dades de sòls a Catalunya, distribuïdes principalment amb un criteri cartogràfic, possibilitant l’anàlisi d’altres indicadors de la qualitat del sòl que puguin ser proposats en un futur.

Finalment, aquest estudi també ha permès detectar algunes deficiències que hauran de ser esmenades a fi de poder analitzar amb més profunditat i detall la informació de sòls que ha estat generada i recopilada durant els últims trenta anys a Catalunya. Les bases de dades, dissenyades per emmagatzemar i organitzar la informació, i implementades amb els recursos disponibles en el seu moment, hauran de ser revisades a fi d’homogeneïtzar, i en alguns casos, completar alguns dels seus continguts.

Referències

  • Blum, W.E.H., Santelises A.A., (1994): A concept of sustainability and resilience based on soil functions. pp. 535-542. a: DJ Greenland & I Szboles (ed.). Soil Resilience and Sustainable Land use CAB Int., Wallingford, Oxon, Regne Unit.
  • Birkeland, P.W., (1999): Soils and geomorphology (3rd edition). Oxford University Press. 430 pp.
  • Bohn, H.L., McNeal, B.L., O’Connor, G.A., (1985): Química del suelo. Ed. Limusa. 371 pp.
  • CBSA, (1983): SINEDARES. Manual para la descripción codificada de suelos en el campo. MAPA. Madrid. 137 pp.
  • Casanova, D., (1998): Quantifying the effects of land condicions on rice growth. A case study in the Ebro delta (Spain) using remote sensing. Tesi doctoral. Universitat de Wageningen. 220 p.
  • Chang, W., (2012): R graphics cookbook. O’Reilly. 413 pp.
  • Deer, W.A., Howie, R.A., Dussman., J., (1992): An introduction to the rock-forming minerals (2nd Edition). Longman. 549 pp.
  • DIRECTIVA 2007/2/CE DEL PARLAMENT EUROPEU I DEL CONSELL de 14 de març de 2007 pel que s’estableix una infraestructura d’informació espacial a la Comunitat Europea (INSPIRE).
  • Hartemink, E. (ed.), (2006): The future of soil science. IUSS. 165 pp.
  • Hastie, T., Tibshirani, R., Friedman J., (2008): Elements of statistical learning. 2nd edition. Springer. 739 pp.
  • Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya, (2010): Atles geològic de Catalunya. 461 pp.
  • Ibàñez, J.J. i Burriel, J.A., (2010): Mapa de cobertes del sòls de Catalunya. Bases en format vectorial estructurat, 4ª edició. CREAF.
  • IUSS Working Group, (2007): World reference base for soil resources, 2006. World Soil Resources Reports 103. FAO. Roma.
  • MAPA, (1986): Métodos oficiales de análisis de suelos. Vol.3. Madrid. 532 pp.
  • Ninyerola, M., Pons, X i Roure, J., (2001): Atles climàtic digital de Catalunya. Servei Meteorològic de Catalunya. Barcelona.
  • Ninyerola, M., Pons, X., Roure, JM. (2000): A methodological approach of climatological modelling of air temperature and precipitation through GIS techniques. International Journal of Climatology, 20: 1823-1841.
  • Pankhurst, C., Doube, B.M., (1997): Grupta, Biological indicators of Soil Health. CAB International. 461 pp.
  • Porta, J., López-Acevedo, M., Roquero, C., (1999): Edafología para la agricultura y el medio ambiente. Ediciones Mundi-Prensa. 849 pp.
  • Porta, J., López-Acevedo, M., (2005): Agenda de campo de suelos. Información de suelos para la agricultura y el medio ambiente. Ediciones Mundi-Prensa. 541 pp.
  • Porta, J., López-Acevedo, M., Rodríguez, R., (1986): Técnicas y experimentos en edafologia. Col·legi oficial d’enginyers Agrònoms de Catalunya. 285 pp.
  • Soil Survey Staff, (1951): Soil Survey Manual. Handbook nº 18. U.S. Department of Agriculture. Washington. 503 pp.
  • Soil Survey Staff, (1999): Soil Taxonomy. A basic System for making and interpretin soil surveys. 2nd edition. U.S. Department of Agriculture Hadbook 436, National Resources Conservation Service.
  • Soil Survey Staff, (2014): Kellogg Soil Survey Laboratory Methods Manual. Soil Survey Investigations Report No. 42, Version 5.0. R. Burt and Soil Survey Staff (ed.). U.S. Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service.
  • USDA, (1983): National Soil Handbook. Soil Conservation Service. Washington.
  • US Soil salinity laboratory, (1954): Saline and alkali soils. Handbook nº 60. U.S. Department of Agriculture. Washington. 160 pp.
  • Wild, A., (1989): Condiciones del suelo y desarrollo de las plantes según Rusell. Ediciones Mundi-Prensa. 1045 pp.

 


Comentaris externs

Envia el teu comentari