Se denomina potencial redox de un suelo a su capacidad reductora u oxidativa. Tal atributo se encuentra estrechamente vinculado con la aireación del sistema edáfico, así como con el pH, ya que ambos condicionan tanto la actividad microbiana como el tipo de reacciones que acaecen en él. El agua influye en estos procesos al modificar la distribución del aire en el suelo, y por ello la difusión del O2 y la concentración de CO2. La principal materia reductora del suelo, bajo un buen drenaje, resulta ser la materia orgánica, ya que se suele incorporar de forma reducida en los aportes de la biomasa y necromasa. El metabolismo del suelo tiende a oxidarla, mediante la intervención de otros de sus elementos que pasan así a formas más reducidas. Del mismo modo, el oxígeno es el principal agente oxidante. Entre estos dos extremos, muchos elementos constitutivos del medio edáfico poseen la capacidad de oxidarse o reducirse (a lo que se denomina carga variable) según el ambiente que predomine en el suelo (aireación que induce a la oxidación; encharcamiento o hidromorfía que provoca la carencia de oxigeno y génesis de un ambiente reductor). El potencial redox afecta a aquellos elementos que pueden existir en el suelo en dos o más estados de oxidación, como es el caso del  O, C, N, S, Fe, Mn, C y Cu). Las condiciones de oxido-reducción resultan ser de vital importancia en los procesos de meteorización o alteración de los minerales del suelo y las rocas de las que proceden, por lo que repercuten directamente en la formación de los tipos de suelo (edafotaxa), así como en la actividad biológica de los mismos. Del mismo modo,  afectan a su fertilidad, ya que condicionan la biodisponibilidad de varios elementos nutritivos indispensables para el desarrollo de las plantas, vía modificación del pH. En este sentido, el color de los suelos es un buen indicador de su potencial redox. Recodemos que las atmósferas de la tierra primigenia eran netamente reductoras, por lo que el metabolismo del suelo era muy diferente de los que acaecen en la actualidad. Por el contrario, una oxidación de la materia orgánica, en ausencia de ambientes reductores, termina por decomponer tales compuestos en anhídrido carbónico y agua. Si el ambiente es anóxico, tal proceso de degradación puede generar la emisión de metano a la atmósfera. Este post va destinado a jóvenes estudiantes, más que a expertos en edafología.

Colores de un suelo oxidado y otro reducido

Como nos informan Carlos Dorronsoro y Colaboradores, en su curso on-line de la Universidad de Granada:

La formulación química de las reacciones de oxidación-reducción es la siguiente:

ESTADO OXIDADO + ELECTRONES <=> ESTADO REDUCIDO

Los procesos de oxidación reducción envuelven a elementos que pueden actuar con diferentes valencias y entre ellos tenemos: Fe, Mn, S, N. Algunos ejemplos de procesos de de oxidación en el suelo son:Oxidación: del Fe+2 de minerales primarios en Fe+3 formando óxidos e hidróxidos; la transformación de Mn+2 en Mn+4; la oxidación de compuestos sulfurosos, por ejemplo de pirita, en sulfatos; la nitrificación o sea la transformación de NH4 en nitritos y nitratos.

Por el contrario muchos procesos suceden bajo condiciones reductoras como la desnitrificación, la desulfuricación, la formación de compuestos Fe+2 y Mn+2. (…) En los suelos normales el ambiente es aireado y por tanto la tendencia general es oxidante. En los suelos hidromorfos la saturación en agua tiende a provocar un ambiente reductor (figura 6). Los valores de pH y potencial redox (medidas Eh) delimitan los campos de estabilidad de los materiales del suelo. Los compuestos de Fe y Mn son muy sensibles a cambios de pH y Eh.

El  Manual de Edafología de Jaume Porta, Marta López-Acevedo y Carlos Roquero aporta información más técnica, de la cual extraemos los siguientes párrafos.

Las reacciones en las que los estados de oxidación cambian se denominan reacciones redox e implican transferencia completa de electrones de unas especies químicas (agentes reductores) a otras (agentes oxidantes).

Interacción entre la materia orgánica y los metales del suelo

Fuente Comercial  Química Massó

Se trata de procesos reversibles que de forma genérica pueden formalizarse mediante la formula canónica que se expone en la Web de la Universidad de Granada (la de arriba). Pero sigamos con los comentarios que a este respecto escriben Porta y colaboradores

 “(…) hay que tener en cuenta que en la naturaleza no existen electrones libres y, por ello, toda oxidación (cesión de electrones) lleva asociada la correspondiente reducción (aceptación de electrones). En el suelo las reacciones redox afectan principalmente a O, N, Fe, Mn, S y C y, en el caso de los suelos contaminados, pueden verse afectados otros elementos, tales como el selenio y cromo entre otros. El agente reductor más importante del suelo es la materia orgánica (…) En suelos bien aireados el oxígeno actúa como el aceptador de electrones fuerte y las distintas especies químicas presentan los estados de oxidación más elevados (carga máxima), por ser los más estables”. (…) “Por el contrario, en los suelos con exceso de agua (hidromorfos, carácter ácuico), el medio se considera rico en dadores de electrones, por lo que las formas más estables serán las reducidas. Los estados de Oxidación del hierro (Fe (II) y del manganeso MN (II) resultan más solubles, y por ello más móviles, que las formas oxidadas. No obstante, en medios fuertemente reductores, la presencia de azufre puede dar lugar a la precipitación de especies tales como FeS y FeS2 (pirita). (…) El Potencial redox, Eh, proporciona información acerca de la tendencia de una sustancia a aceptar o ceder electrones  (..) partiendo de unas condiciones iniciales aeróbicas” la reducción de elementos en el suelo a medida que se acentúan las condiciones anaeróbicas sigue una secuencia que depende del potencial redox que se vaya alcanzando., Las secuencias oxidativas se hacen inestables, con una secuencia que va afectando sucesivamente a diversas especies de un modo secuencial (…)”

Instrumentos para estimar pH, temperatura y

potencial redox de los suelos

en las que según nos describe Jaume Porta y col., interviene una secuencia o sucesión ecológica de comunidades microbianas de organismos anaerobios que se suceden conforme los valores de Eh descienden gradualmente.  Aclaremos de paso que el vocablo ácuico utilizado por estos autores corresponde a un tipo de régimen de humedad de los suelos que se utiliza en la terminología de la taxonomía americana y viene a informarnos de un encharcamiento, al menos durante ciertos periodos prolongados del año. Del mismo modo, la fuerte acidez asociada a la precipitación de la pirita tiene como resultado unos suelos o edafotaxa denominados “ácido-sulfáticos” que muy frecuentemente generan problemas en rehabilitación y posterior utilización de tierras pantanosas (como los manglares) para su uso agrario. Porta y colaboradores nos informan también de que la reducción de nitratos y formas oxidadas de manganeso y hierro es  realizada mediante la intervención de microorganismos anaerobios facultativos (es decir que pueden actuar de este modo o no, según el estado del ambiente óxido-reductor del suelo), mientras que en la de sulfatos y sulfuros se requiere la intervención de comunidades microbianas estrictamente anaerobias. Por estas razones, estas últimas reacciones se generan en suelos totalmente anaerobios durante todo o la mayor parte del año. Finalmente los mentados autores comentan, ya a un nivel más técnico que:

“El intervalo de valores potenciales redox en sistemas naturales va de 700 mV a -300 mV. La zona límite entre condiciones aerobias y anaerobias se sitúa alrededor de Eh igual a 200 mV, las condiciones fuertemente reductoras  corresponden a valores de de -250 mV (…). Por ello, diversas propiedades de un sistema suelo-agua-mineral se ven afectadas por los procesos redox:

·          Solubilidad mineral

·          pH del sistema

·          Reacciones de superficie

·          Disponibilidad o presencia de ciertas especies minerales

·          Persistencia y toxicidad

·          Contenido de sales y conductividad eléctrica

·          Volativilidad de especies químicas.

El Manual de Edafología de Porta y colaboradores aporta abundante información al respecto que debería ser leída por los estudiantes universitarios que deseen ampliar sus conocimientos sobre el tema. Reiteramos que con vistas a entender las repercusiones de los ambientes reductores-oxidativos sobre la morfología de los suelos, debeís buscar otros post anteriores de esta weblog en los que se habló de la hidromorfía y el color de los suelos. Desde el punto de vista aquí abordado, los suelos (y/o sus horizontes) pueden agruparse en tres categorías muy genéricas: (i) permanentemente aireados, (ii) anegados de agua estacionalmente y (iii) permanentemente encharcados.

Finalmente, cabe señalar que el potencial Redox debe tenerse muy presente antes de aplicar abonos u otras enmiendas al suelo, ya que puede ocurrir que la forma a la que reviertan tales sustancias tras una oxidación o reducción no tenga la incidencia esperada sobre los cultivos.

Juan José Ibáñez