En un suelo de los Llanos Orientales de Colombia de pH: 4,4. contenido de arcillas 28% (16% de tipo vermiculita- Al) se realizaron isotermas de adsorción de potasio en el intervalo de 0-240 ppm de potasio adicionado como cloruro de potasio, con un tiempo de equilibrio de 24 horas, temperatura 18°C y lecturas del potasio al final del equilibrio por espectrofotometría de absorción atómica. Se evaluó el efecto del control de pH con un buffer de citrato de sodio pH 4,5, dos velocidades de agitación (100 y 170 r.p.m.) y la presencia de 200 ppm de N como NH2*. Se encontró que a pH controlado el suelo presenta desorción de potasio a bajas concentraciones aplicadas ( and lt; 80 ppm); en ausencia del buffer y a la velocidad menor se presentó mayor adsorción, conservándose la tendencia general de las curvas. El efecto de la presencia de NH/ no fue significativo

Ferrucho, Alexandra

Guzmán, Gloria

Lozano de Yunda, Amanda

Rojas, Leyla Amparo

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REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 26, No. 1 DE 1997 ISOTERMAS DE ADSORCIÓN DE POTASIO EN UN OXISOL DE LOS LLANOS ORIENTALES DE COLOMBIA Amanda Lozano de Yunda*. Gloria Guzmán. Alexandra Ferrucho. Leyla Amparo Rojas** Recibido julio 28/9 7-Aceptado septiembre 9/97 Keywords: adsorption isotherms, po-tassium, oxisol. RESUMEN En un suelo de los Llanos Orienta-les de Colombia de pH: 4,4. contenido de arcillas 28% (16% de tipo vermicu-lita-Al) se realizaron isotermas de adsorción de potasio en el intervalo de 0-240 ppm de potasio adicionado como cloruro de potasio, con un tiempo de equilibrio de 24 horas, temperatura 18 °C y lecturas del potasio al final del equilibrio por espectrofotometría de absorción atómica. Se evaluó el efecto del control de pH con un buffer de citrato de sodio pH 4,5, dos velocida-des de agitación (100 y 170 r.p.m.) y la presencia de 200 ppm de N como NH^*. Se encontró que a pH controlado el suelo presenta desorción de potasio a bajas concentraciones aplicadas (< 80 ppm); en ausencia del buffer y a la velocidad menor se presentó mayor adsorción, conservándose la tendencia general de las curvas. El efecto de la presencia de N H / no fue significativo. Las constantes de adsorción y desorción obtenidas por linearización de la ecua-ción de Freundiinch fueron respectiva-mente 1,41 y 4,54. Se concluyó que el suelo presenta una tendencia a favore-'Departamento de Química. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional de Colombia A.A. 14490. Santafé de Bogotá, Colombia. **Corporación Agropecuaria de Colombia, CORPOICA. cer la desorción con la aplicación de potasio probablemente debido a la pre-sencia de la vermiculita-AI entre los minerales de la fracción arcilla. ABSTRACT In an acid soil of the Eastern Plaíns of Colombia with pH valué of 4,4 and a clay content of 28% (16% of Al-ver-miculite), potassium adsorption and de-sorption isotherms were performed in a range of potassium concentration be-tween O and 240 ppm, added as potas-sium chioride. The shaking time with the equilibrium solution was 24 hours. After centrifugation the potassium con-centration was determined in the su-pernatant by atomic absorption. The isotherms were performed at the pH of the soil and a constant pH of 4,5 by adding a buffer solution of sodium cit-rate. The effect on the potassium ad-sorption of two shaking velocities (100 and 170 r.p.m.) and the presence of 200 ppm of N as NH^* in the equilib-rium solution were measured. There was potassium desorption at constant pH when the potassium solution in the equilibrium solution was low (<80 ppm). The potassium adsorption by the soil was higher at the shaking velocíty of 100 rpm without buffer. The effect of N H / on the potassium adsorption was no significant. Potassium adsorp-tion and desorption could be described by the Freundiinch equation over the entire range of potasium concentration in the equilibrium solution. The Freun-diinch adsorption and desorption con-stants were 1,41 and 4,54 respectively. It was concluded that the soil had more REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 26, No. 1 DE 1997 tendency to desorb than to adsorb po-tassium due to the presence of Al-ver-miculite in the clay fraction. INTRODUCCIÓN Los procesos de sorción controlan muchas de las propiedades fisicoquími-cas del suelo. Ellos manejan de mane-ra activa la disponibilidad de nutrientes para las plantas, por lo que se hace necesario estudiarlos para tratar así de caracterizar el comportamiento de los diferentes nutrientes que intervienen en el metabolismo de ellas. Las isotermas de adsorción y desor-ción describen la relación entre la can-tidad de sustancia que es adsorbida por la fase sólida del suelo y la cantidad que está en la solución de equilibrio. Gran parte de los estudios de adsorción se han llevado a cabo con aniones como fosfato, sulfato, borato, etc. (1,2,3) pero también se han evaluado plaguicidas, oligoelementos y contaminantes de na-turaleza catiónica . En cuanto a los procesos de sorción del potasio en el estado de equilibrio, es poco lo que se ha estudiado; aunque las isotermas de adsorción se han tra-tado de usar como un método para de-terminar el potasio intercambiable, el enfoque se ha dirigido más a entender mejor su dinámica en el suelo, que como herramienta para predecir la dis-ponibilidad del elemento (4,5,6,7,8). En los Llanos Orientales de Colom-bia se ha observado que aunque los suelos presentan un contenido muy bajo de potasio intercambiable disponible para las plantas (0,1 meq/IOO g), el cultivo de soya no presenta respuesta en rendimiento a la aplicación de ferti-lizante potásico ni se observan sínto-mas de deficiencia del elemento en las plantas. Debido a que los suelos de la región son generalmente oxisoles. los cuales se caracterizan por la escasez de minerales expandibles no parece existir una explicación fácil para este comportamiento; el presente trabajo tuvo como objetivos estudiar mediante las isotermas de sorción realizadas en diferentes condiciones la dinámica del potasio en un oxisol como un aporte a una posible explicación del comporta-miento descrito. PARTE EXPERIMENTAL S u e l o . El estudio se llevó a cabo con un suelo procedente del Centro Nacional de Investigación de la Corporación Co-lombiana de Investigación .Agropecua-ria-CORPOICA - La Liberiad, ubicada en los Llanos Orientales (Altura 336 m, temperatura promedio 25 °C, hume-dad relativa 77%). El suelo está clasi-ficado como Tropectic Haplorthox y se encuentra localizado en paisajes fisio-gráficos de terraza alta y altillanura plana. La muestra se tomó en el hori-zonte superficial a una profundidad de O a 20 cm. Presentaba las siguientes característícas fisicoquímicas: pH (agua 1:2,5) 4,4; Capacidad de cambio 8,64 meq/lOOg; Materia orgánica 2,8%; Potasio intercambiable 0,096 meq/IOO g; Saturación de potasio 1,11%; Textu-ra Franco Arcillosa; Arena 41,12%; Limo 30,76%; Arcilla 28,12%. En los minerales de la arcilla se identificó Caolinita 64%i; Vermiculita-AI 16% y Cuarzo 8%. Isotermas de adsorción-desorción de potasio. Los procedimientos realizados se ba-saron en los trabajos de Elrashidi et al. (9), Mitsios, J. et. al. (8) y loannou, A. et. al. (10) con la siguiente metodología: Isoterma de Adsorción. a. Isoterma General. En tubos de centrífuga plásticos con capacidad de 50 mL, se pesaron por REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 26, No. t DE 1997 triplicado, muestras de un gramo de donde: suelo seco al aire y pasado por tamiz de 2 mm y se agregó a cada uno solu- A = mmoles/kg de potasio adsorbido, ción de cloruro de potasio en concen- C = mmoles/L Concentración del pota-traciones finales variables, equivalen- sio en el equilibrio, tes a un intervalo entre O y 240 ppm de K^̂  y 1/n son constantes empíricas ob-K y se controló el pH a 4,5 con 12,0 tenidas del intercepto y la pendiente mL de una solución buffer de citrato de la ecuación anterior, de sodio- ácido cítrico. El volumen to-tal fue de 30 mL. La suspensión se agitó por 24 horas en un agitador recí- RESULTADOS Y DISCUSIÓN proco horizontal a 170 r.p.m., se centri-fugó a 6500 r.p.m. y se determinó el La tabla I y las figuras I, 2 y 3 potasio en la fase líquida, por espectro- muestran los resultados del comporta-fotometría de absorción atómica. miento del potasio en equilibrio vs el potasio adsorbido obtenido bajo las b. Influencia del control del pH, de la diferentes condiciones estudiadas: efec-velocidad de agitación y de la presen- to de la adición de buffer, agitación y cía de amonio, sobre la adsorción. presencia de N H / . Se realizaron isotermas en idénti- Se observa de manera general, para cas condiciones a la descrita anterior- todas las condiciones evaluadas, que mente eliminando el uso de buffer en el potasio adsorbido aumenta a medida un caso, disminuyendo la velocidad de que el potasio en equilibrio se incre-agitación a 100 r.p.m. en el segundo menta por efecto de la cantidad de caso y adicionando sulfato de amonio potasio adicionado, en la cantidad suficiente para obtener una concentración final de 200 ppm de En la isoterma de adsorción de nitrógeno, en el tercer caso. potasio, realizada en presencia de un buffer de citrato de sodio-ácido cítri-Isoterma de Desorción. co, con una velocidad de agitación de 170 rpm y en ausencia de NH^ (figura La fase sólida proveniente de la I), se observó que las muestras de sue-isoterma de adsorción de potasio se lo a las que se adicionó concentracio-lavó con etanol hasta fin de cloruros y nes bajas de potasio inicial (inferior o luego se equilibró durante 24 horas en igual a 80 ppm) desorben este ion, pero agitador horizontal con 30.0 mL de so- a partir de este valor lo empiezan a lución de CaCl^ 0,01 M, el sobrenadan- adsorber; la adición de potasio en ba-te se separó por centrifugación a 6500 jas concentraciones lleva a una desor-r.p.m. y se le determinó la cantidad de ción del elemento para alcanzar el equi-potasio por espectrofotometría. librio. Este potasio desorbido solo pue-de provenir de la red de los minerales Se calculó la concentración de pota- de tipo vermiculita que aunque en pe-sio en equilibrio en mmoles /L y la quena proporción están presentes en la concentración adsorbida por diferencia fase sólida del suelo. Como se observa con la inicial en mmoles/kg de suelo. en la figura I, el control de pH duran-El coeficiente de adsorción K̂ ^ se ob- te el tiempo de equilibrio por la adi-tuvo por linearización de la isoterma ción de un buffer produjo una disminu-de Freundiinch utilizando la función ción en la adsorción de potasio por el logarítmica: suelo; este efecto se puede atribuir en este caso a que la concentración de log A = log K ĵ + I/n log C sodio en el buffer ocasiona una compe-tencia de este catión con el potasio por 25 REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 26, No. 1 DE 1997 los sitios de sorción del suelo, causan-do, por ende, una disminución en su adsorción. El efecto de la influencia de la velo-cidad se muestra en la figura 2, donde se presentan las isotermas de adsorción de potasio con velocidades de agita-ción de 170 y IOO rpm: la adsorción disminuye con el incremento de la ve-locidad de agitación. Una posible ex-plicación a este fenómeno es que si se considera que el incremento en la ve-locidad de agitación conlleva un au-mento en la energía cinética de las par-tículas, es probable que se superen las fuerzas con las cuales está unido el potasio a la superficie adsorbente, y se dificulte la adsorción adicional del potasio, lo cual no permite la forma-ción de capas múltiples de iones, por lo tanto el final del proceso de adsor-ción se presenta como un máximo a concentraciones de potasio en equili-brio menores que en el caso de dismi-nución de la velocidad de agitación du-rante el proceso en mención. En el estudio de la influencia del amonio se obtuvo que el comportamien-to de las isotermas en presencia y au-sencia de amonio es similar Se observó que la presencia de amonio disminuyó un poco la adsorción de potasio; este fenómeno se atribuye a la capacidad de este ion de desplazar al potasio de los Tabla 1. Potasio en equilibrio en los ensayos de adsorción-desorción con cl Oxisol de los Llanos Orientales (La Libertad). K ADICION.̂ DO ppm 0 35 40 45 50 80 l io 120 140 160 170 200 240 280 mmol/L 0 0,90 1.02 1,15 1,28 2,05 2,81 3,07 3,58 4,09 4.35 5.12 6.14 7,16 POTASIO EN EQUILIBRIO (mmol/L) ' -pH 4,5 (Buffer) -0.96 1,08 1,20 1,32 2.00 2.67 -3,36 -4.01 4.83 5.88 -'pH del suelo 0,02 -0.78 --1,70 -2,63 -3,47 4.52 5,42 6.39 -Agitación lOOrpm 0,03 -0,92 --1,82 3.47 3.59 -4,37 5,26 6,20 ' - N H / 200 ppm de N -0,99 1.15 1,27 1,38 2,05 2,70 -3.46 -4,10 4,85 5,78 -POTASIO DESORBIDO (mmol/L) CaClj O.OIM 0.12 0,14 0,15 0,16 0.23 0,30 -0,33 -0,35 0,40 0,47 -'Agitación: 1 70 rpm. •pH controlado con buffer citrato- ácido cítrico. Promedios de tres réplicas 26 REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 26, No. 1 DE 1997 £ 3 Ul a •a o> o E E 0 !• o w •n ra -20.00 — 10 .00 -0.00-7 0, / oo 7 ^ J s r ^ / o 1 ' 1 ' 1 ' 2.00 4.00 6.00 K en equil ibr io (mmol/L) # pH= Buffer 4 5 O pH= Suelo - 4 5 Figura 1. Efecto del control de pH sobre la adsorción de potasio por el Oxisol de los Llanos Orientales (La Libertad) 30.00 — ^ O -1 3 II) O 20.00 -A •a O) •:£. O E S 10.00 — o •o .• o 10 •o co ^ 0.00 -y ^ 0.00 • / m / / ^ - ^ — © — ^ ^ ^ ^ y ^ ^"""^ ^ ^ r / ' ' ^ jPr >^ /Q) ^ ' 1 ' 1 ' 2.00 4.00 K en equil ibr io (mmol/L) / • / O 170 rev/min • 100 rev/min O 1 ' 6.00 Figura 2. Efecto de la velocidad de agitación sobre la adsorción de potasio por el Oxisol de los Llanos Orientales (La Libertad) 27 REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 26, No. 1 DE 1997 sitios específicos de adsorción, debido a que su radio iónico (0,143 nm) es similar al del potasio (0.133 nm). Todos los efectos se pueden evaluar comparativamente mediante las cons-tantes empíricas obtenidas por lineari-zación de las isotermas de Freundiinch las cuales se presentan en la tabla 2. Los valores de la constante confirman las observaciones realizadas; la cons-tante de adsorción se incrementa por efecto de la disminución de la veloci-dad de agitación como también por la eliminación del buffer recomendado; el efecto de la presencia de amonio en la concentración adicionada en el experi-mento no fue significativo sobre la constante de adsorción. La tendencia del sistema suelo es mayor a la desorción como se puede inferir del valor de la constante de desorción presentándose el fenómeno llamado de histéresis que se comprue-ba por la diferencia en el valor de I/n entre las curvas de adsorción y desorción. En la figura 4 elaborada por combi-nación de las isotermas de adsorción (general) y desorción se observa que el suelo desorbe cantidades crecientes de potasio de manera proporcional al in-cremento del potasio adicionado en el proceso previo de adsorción y que la cantidad de potasio desorbido es supe-rior al potasio adsorbido. Este compor-tamiento se puede explicar consideran-do que los hidroxi sesquióxidos o la hidroxialúmina adsorbida en el espa-cio interlamínar de la vermiculita pue-den en condiciones de baja humedad, bloquear parte de las posiciones de in-tercambio del mineral impidiendo la salida del potasio atrapado dentro de las láminas, ya que la vermiculita po-see una capacidad de expansión cre-ciente a medida que aumenta el conte-nido de agua en el suelo (11). En las o" 3 0) •a ra E B o •o X V-o co •o n 5¿ 12.00 — ^ 8,00 --4.00 -0 .00-rtn 0.00 / • / 9/b /CP ' 1 ' 2.00 K en equil ibrio • / • / o / o / / / o 1 ' 4.00 [mmol/L) /> 0 Nitrógeno = 0 O Nitrógeno = 200 ppm 1 1 6.00 1 Figura 3. Efecto de la aplicación de amonio sobre la adsorción de potasio por el Oxisol de los Llanos Orientales (La Libertad) 28 REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 26, No. 1 DE 1997 Tabla 2. Constantes de adsorción obtenidos a par t i r de la aplicación de la isoterma de Freundiinch. Condición Con Buffer, 1 70 rpm pH del suelo Con buffer; 100 rpm Con N H / Desorción Constante de adsorción de Potasio 1,41 7,74 3,32 1,74 4,54 1/n 1,60 0,60 0.98 1.69 0,62 Coeficiente de regresión lineal 0,736* 0.948** 0,980** 0,902* 0,975** * P<0,05 'P<0,01 condiciones del ensayo, la relación sue-lo agua es 1:30, por lo tanto es posible que la vermiculita se expanda total-mente, permitiendo así la salida de los grupos hidroxialúmina, los cuales a su vez permiten la salida del potasio rete-nido entre los espacios ínterlaminares; el potasio determinado en la solución de equilibrio correspondería a este po-tasio más el adsorbido durante el trata-miento previo. De manera general, de acuerdo con los resultados obtenidos en las dife-rentes isotermas se puede concluir que la presencia de un buffer de citrato de sodio y la velocidad de agitación afec-tan el equilibrio de sorción del potasio en condiciones de laboratorio. En la isoterma de adsorción se observó desor-ción de potasio a bajas concentracio-nes de potasio añadido e igualmente una alta tendencia a la desorción del elemento lo cual puede explicar la baja respuesta de las plantas de soya a la aplicación de la fertilización con pota-sio. 15.00 10.00 5.00 0.00 -5.00 -10.00 -15.00 11 t l ^ KAdicionado (ppm) Figura 4. Adsorción-desorción de potasio por el Oxisol de los Llanos Orientales (La Libertad) 9 0 REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 26, No. 1 DE 1997 AGRADECIMIENTOS A la Corporación Agropecuaria de Colombia CORPOICA por la financia-ción y en cuyas instalaciones de la Granja Experimental de Tibaitatá, Mos-quera (Cundinamarca) se realizó el tra-bajo experimental. BIBLIOGRAFÍA 1. Shumway, J.S.; Jones, J.P. Boronsorp-lion isotherm: a method to estímate boron fertilizer requirement. University of Idaho. Agrlcultural Experiment Station. Research paper No.196. 1972. 2. Parfitt, R.L. Advances in agronomy. 1978. 30, 2-6. 5. 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