Historia de la Geotecnia - Historia de la Ciencia del Suelo 03

Pedología

Grandes cambios se han operado durante el siglo XX. Si el comienzo del siglo nos permitió ver el asentamiento definitivo de la Edafología como Ciencia, durante el transcurso de estos años, el devenir de la Química Agrícola nos ha mostrado que el suelo no era indispensable para producir alimentos. Al final del milenio, el suelo se ha convertido en pieza fundamental de otra Ciencia integradora, el Medio Ambiente y la Química Agrícola ha visto nacer a otra rama de la Alimentación: La Tecnología de los Alimentos. 

Las escuelas germana (Stremme) y rusa (Glinka) por fin se comunican mutuamente los resultados y como consecuencia de esta colaboración, Constantino Glinka (sucesor de Sibirtsev y cofundador de la ISSS en 1924) publica en 1914 su libro “Great Soil Groups of World”, que añade una visión universal a sus trabajos sobre los suelos. Sin embargo, el trabajo de su escuela rusa, los nombres que empleaban tales como chernozem, podzol, y solonetz, y su clasificación, quedan ocultos hasta que Marbut, en 1927, tradujo el trabajo de Glinka y lo presentó en el primer Congreso Internacional de la Ciencia del Suelo (USA). A la difusión de los conocimientos rusos del suelo cooperó de forma definitiva Joffe (1886-1963), quien por su origen lituano-ruso y sus relaciones personales, hace de puente entre las dos culturas y escribe su obra “Pedology” editada en 1936 y 1949. 

Los puntos vertidos por Dokuchaev y su escuela durante este siglo los resume Rozanov (1982) en los siguientes conceptos: 

• Concepto de suelo: “cuerpo natural independiente”, que se desarrolla a lo largo del tiempo a partir de la roca madre, sometida a la influencia de los factores de formación, fundamentalmente de los organismos vivos. 
• Concepto de “factores de formación del suelo”, explicado como un complejo interdependiente de fenómenos naturales bajo cuya acción integradora se forman y desarrollan. 
• Concepto histórico de la formación y de la sucesión de etapas de formación y evolución. 
• Concepto de unidad de cuerpo de suelo, natural, interdependiente, que justifica el análisis del perfil en su conjunto para poder realizar el estudio del suelo. 
• Concepto de cubierta natural del suelo, como un estado del desarrollo global de la cubierta de suelo en la historia de la evolución geológica de la superficie. 
• Concepto de zonalidad y tipos zonales de suelos (asociación de tipos), como principal forma de organización de la cubierta de suelo global que refleja la estructura e historia de la evolución global de la superficie. 
• Concepto de Clasificación de suelos y Sistemática, como un reflejo de las conexiones existentes en la naturaleza entre los diferentes suelos y que pueden ser geográficas, genéticas y evolutivas. 
• Metodología de descripción de los perfiles y nomenclatura de los horizontes. 

Modelo de Dokuchaev

Si Glinka concedió una gran atención a la geografía de suelos, a su formación y a los procesos de alteración, Vernadsky (1863-1945) inició el desarrollo de la Bio-geoquímica, rama de la Ciencia que destaca el papel del suelo como intermediario entre la materia viva y muerta. Sajarov (1878-1949) estudió las soluciones del suelo, demostrando su importancia en la edafogénesis. Gedroiz (1872-1933) destacó por su trabajo sobre la fracción coloidal, sus propiedades de adsorción y los métodos de determinación de las mismas. Los trabajos de Rode (1896-1989), respecto a la génesis de suelos y al régimen hídrico, los expone en su libro “The Soil Forming Process and Soil Evolution". La obra de Tyurin (1902-1962), Materia Orgánica del Suelo y su papel en la Edafología y en la Fertilidad, es el primer tratado centrado exclusivamente en la materia orgánica; sus métodos descritos pueden considerarse originales para la época. 

Las actuaciones de Marbut y Joffe generan un movimiento científico paneuropeo que contribuye al avance de la Edafología en todos sus campos y al conocimiento común de los suelos de cada país. 

El húngaro Alexius de Sigmond, aporta sus notables conocimientos sobre los suelos salinos y alcalinos, que aún hoy, sirven de esquema conceptual al haber establecido la diferencia entre los suelos con sales solubles y los que tienen sodio en los lugares de intercambio. El checo Joseph Kopecky (1870-1935) representa un grado más en la especialización de los conocimientos edafológicos al ocuparse de la Física del suelo, sobre todo de los temas del agua y el drenaje. En la Universidad de Zurich aparece G Wiegner (1883-1936). Sus trabajos sobre el complejo de cambio de los suelos quedan reflejados en su obra “Suelos y formación del suelo a la luz de la química de los coloides” (1918). Del sueco Albert Atterberg (1846-1916), quedan en nuestros días las acotaciones de los tamaños de las partículas de suelos, al hacerlas suyas la International Society of Soil Science (ISSS), y los conceptos de límite líquido e índice de plasticidad. 

Física del Suelo

El trabajo de Kubiena (1938) merece destacarse por ser el promotor del estudio de los rasgos macroscópicos del suelo y porque buena parte de su labor de detalle la realizó en España. Su libro “Micropedology" publicado en 1938 permitió que muchos investigadores españoles siguieran sus pautas de trabajo. 

En la primera mitad de este siglo, la cohabitación entre el punto de vista analítico y el naturalista (globalista) es difícil, pues ni los hombres de laboratorio perciben la pluralidad de los tipos de suelos, ni los agricultores saben interrogar a los investigadores, ya que todavía tendrá que verificarse la variabilidad de caracteres simples como la textura, pH o incluso la profundidad del suelo. Sin embargo no todo es negativo, pues los geógrafos aciertan a popularizar el concepto de zonalidad y los climatólogos y biólogos son capaces de mostrar la originalidad de los suelos frente a la ubicuidad de las rocas. La Agricultura también evoluciona: las explotaciones tradicionales y rutinarias se racionalizan. Se inicia la mecanización del campo y se desarrollan tecnologías hasta el momento desconocidas por su rendimiento y capacidad. 

Es entonces cuando la Ciencia del Suelo se estructura en Comisiones en las que los conocimientos y quienes las generan, se reúnen de una forma organizada. Así, la Primera Comisión trata el estudio mecánico y físico del suelo, la Segunda se centra en el estudio de la Química del suelo, la Tercera en el estudio bacteriológico y bioquímico del suelo, la Cuarta se dedica al conocimiento de la fertilidad del suelo, la Quinta desarrolla nomenclatura, clasificación y cartografía de suelos y la Sexta, a la aplicación de las técnicas agrícolas.

El nacimiento de una Ciencia, inicialmente exige que, desde las otras ciencias reconocidas en ese momento, se aporte el conocimiento que cada una es capaz de desarrollar de forma específica. Esto ocurre porque existen una serie de científicos que aman trabajar en áreas frontera de su propia investigación, quizás con el ánimo de ampliar el campo de actuación de su propia ciencia, y que en principio no suelen estar bien vistos por los colegas que definen la pureza de cada ciencia. Estos científicos, no bien reconocidos, pero con una visión aventurera, son los que posiblemente hacen evolucionar mas radicalmente el conocimiento. Posteriormente, en el seno de la “nueva Ciencia”, en este caso la Ciencia del Suelo, se generará un intenso proceso de discusión e integración de los conocimientos, que permitirá dotarla de una personalidad propia, hasta un asentamiento definitivo. 

Este proceso ha ocurrido con Ciencias como la Química Orgánica o la Inorgánica y está ocurriendo con la Bioquímica que está abriendo el camino a nuevas ramas como es la genética molecular, la ingeniería genética, la biónica, proteómica o genómica, por poner dos ejemplos, uno antiguo y otro actual. 

Empezando por la Física del Suelo, Briggs (1874-1963), estudioso del movimiento del agua y la retención de la humedad por el suelo, distinguió tres tipos de agua, definió los conceptos de humedad equivalente y coeficiente de marchitamiento y propuso métodos de medida para estos parámetros. Schofield (1901-1960) introdujo en 1935 el concepto de pF y Richards (1904-1965) desarrolló métodos de medida para el estudio de las relaciones suelo-agua. 

Agua en el Suelo

A partir de 1945 y sobre la base de los trabajos de Richards, aplicados de acuerdo con la ley de Darcy, se comienzan a desarrollar las bases teóricas de la dinámica del agua en el suelo en condiciones de saturación. Gadner (1956) y Philips (1957) las estudian en condiciones de no-saturación y Klute (1952) proporciona las bases de la difusión del vapor. Los avances en el estudio del agua adsorbida en la interfase sólido-líquido, su peculiar estructura y su reactividad fueron facilitadas por el avance de la microscopía, que permitió esclarecer no solo las características mineralógicas o determinados rasgos de los horizontes “diagnóstico”, sino también los movimientos del agua, solutos y elementos en suspensión en el suelo, las modificaciones de la estructura inducidas por procesos de naturaleza diversa y las alteraciones de minerales que acaban afectando a las propiedades anteriormente citadas. 

La termodinámica de las relaciones agua-suelo proporcionó los fundamentos para una terminología uniforme de las relaciones del agua tanto en el suelo como en la planta (Taylor y Slatyn, 1960). El empleo de células de yeso y nylon, tensiómetros y el uso de métodos de radiación, facilitaron la medida “in situ” del contenido en agua y de la densidad aparente del suelo. Thornwaite y Penman (1948 y 1956 respectivamente) proporcionaron la medida de la evaporación y transpiración del agua contenida en el suelo, siendo de extraordinaria utilidad la noción de evapotranspiración potencial introducida por el primero. 

Respecto a la estructura del suelo hay que destacar de Sajarov (1927) las aportaciones sistemáticas a la macroestructura y de Kubiena (1936) a la microestructura. El conocimiento de los factores que influyen en la dinámica de la estructura alcanzó un grado de desarrollo elevado a partir de los trabajos de Tiulin (1932), Bane (1934) y Russell (1934), con mención especial a los referentes a la estabilidad de los agregados frente al agua realizados por Yoder (1936) y Demolon & Henin (1938). Todos estos avances cristalizan en el modelo de los dominios de Emerson (1960), que tiene en cuenta las diferentes sustancias cementantes (arcilla, materia orgánica y otros), los posibles enlaces existentes entre las partículas gruesas y los coloidales y la participación de los metales como elementos puente. 

La mecánica de suelos fue desarrollada por Terzaghi (1913), Proctor (1930) y Casagrande (1933). Las aportaciones de Smith (1932, 1938) sobre la temperatura del suelo, se verán acrecentadas en la misma medida en que se extiende el uso de termistores, permitiendo conocer las características del régimen térmico del suelo y de su dinámica (Chang, 1957) y que, acompañado de la medida de la conductividad calorífica (de Vries, 1958) y con la aplicación de la teoría de difusión, plantean el problema dentro del contexto más general del balance de energía del suelo y sus relaciones con la atmósfera (Glier, 1964). El color del suelo se medirá, de forma universal, con ayuda de la clave de Munsell a partir de 1954 y creo que se automatizará para los suelos, como ya se ha hecho en otros campos, como el de las pinturas (abandonando el concepto de apreciación visual con el tiempo). 

Hoy, los estudios de Física del suelo están incorporando los procedimientos de análisis por computación, especialmente útiles para resolver problemas de dinámica de calor y agua en el suelo. Las aproximaciones teóricas y experimentales al estudio, en la interfase suelo/atmósfera a escala real, de flujos de vapor de agua en condiciones no isotérmicas, la aplicación de las redes neuronales a la modelización de los procesos de transferencia de materia y energía a través de la porosidad en suelos naturales y antrópicos, la estimación “in situ” de sus características hidrodinámicas y los esfuerzos para determinar con métodos de campo en contenido en agua y la capacidad hídrica del suelo, son campos en los que se trabaja activamente. También tienen gran interés los estudios sobre el comportamiento mecánico del suelo, especialmente los fenómenos de expansión y retracción. 

La aparición de la sonda de neutrones facilitó las medidas “in situ”, respetando las condiciones naturales y la variabilidad espacial, escasamente factible en condiciones de laboratorio. La investigación sobre el transporte de materia en solución ha permitido desarrollar modelos teóricos de predicción utilizando la técnica de reflectometría temporal (TDR), cuyo campo de aplicación se extiende hasta el transporte de contaminantes (Clothier y Voltz, 1998). La puesta a punto de técnicas para la medida de la porosidad del suelo y parámetros asociados (superficie específica, distribución de volúmenes porales, etc.) el uso de la microscopía de barrido y análisis de imagen, junto como la aplicación de modelos matemáticos como la geometría de fractales, permiten actualmente avanzar en el conocimiento de la estructura funcional del suelo. (Kutilek y Rieu, 1998).

Si las Ciencias que estudiaron aspectos del suelo relacionados con la Física, durante la primera mitad del siglo XX, la Química del Suelo permitió la elaboración de diversas teorías sobre el “complejo coloidal” del suelo y las propiedades con él relacionadas. Destacan los trabajos de Wiegner y Mattson (1929) sobre el complejo coloidal y los de Helmont y Gay sobre la doble capa, para explicar el origen de las cargas negativas, responsables de los fenómenos de cambio. Con el tiempo, el contenido de sus empíricos desarrollos se ven sustituidos por formulaciones más rigurosas desde el punto de vista teórico. Así, la teoría de potenciales químicos de Schofiel (1947) se ve modificada por Bolt, (1967) y Barrow, (1987). Igualmente destacan los trabajos sobre la reacción del suelo y sobre todo, los relacionados con el origen de la acidez o el conjunto de los procesos redox, observables en suelos saturados, o los trabajos de Barber (1984) sobre la disponibilidad de nutrientes en el suelo, en los que se introduce un factor que explica las posibilidades de difusión del ion hacia la planta. 

Química del Suelo

En la segunda parte de este siglo aparecen trabajos de síntesis sobre los elementos más destacados: Aluminio (Jackson, 1964), silicio (McKeague y Cline, 1963), hierro (Segalen, 1964) y las publicaciones de autores múltiples sobre: el fósforo (1980), potasio (1985), hierro (1985), manganeso (1988), “metales pesados” (1986), azufre (1986), que permiten darnos una idea de su participación en la actividad global del suelo. 

Así podemos organizar las direcciones más importantes que sigue la Química del suelo durante este periodo en: 

• Elaboración de modelos sobre el cambio de nutrientes, la acidez del suelo, problemas ambos relacionados con las carencias y toxicidad de los oligoelementos. 
• Establecimiento de las relaciones entre la composición y estructura de los coloides del suelo y las propiedades químicas. 
• Estudio de los diferentes elementos químicos (metales, metaloides y radionúclidos) en el suelo, delimitando su presencia, movilidad, especiación, dinámica y facilidad de extracción. 
• Su relación con los ciclos biogeoquímicos y su comportamiento en función de los condicionantes del medio: pH, Eh, tiempo de residencia, temperatura, competencia iónica, influencia de ligandos, así como y procesos químicos del suelo tales como adsorción, desorción, disolución, complejación, precipitación y oxidoreducción. 

Si Kelly, Hendricks y Fry (1929) realizan el primer análisis por Rayos X referido a los componentes inorgánicos y en 1939 se aplica por primera vez el microscopio electrónico al estudio del suelo, en el Congreso Internacional de la Ciencia del Suelo de 1935, Aganoff discute la utilización del análisis térmico diferencial (ATD). La aplicación de la nueva tecnología analítica, emergente a partir de 1945, permitió estudiar de forma aislada a los componentes, orgánicos, inorgánicos y los denominados inorgánicos móviles del suelo, generándose un avance espectacular. 

La espectrofotometría se introduce hacia 1950, la cromatografía en el periodo 40-50, la absorción atómica en 1955, los radioisótopos en la década de los 50 y posteriormente la resonancia magnética nuclear, los autoanalizadores, la sonda electrónica, cromatografía de alta presión HPLC, etc. y con ello un incremento de la capacidad de análisis en los laboratorios. Más recientemente fué la aplicación al suelo de técnicas microespectroscópicas (EXAFS, AFM, Mössbauer, Raman) y de caracterización química de muestras naturales sólidas o en solución, o la modelización matemática de los procesos con el fin de identificar y cuantificar los mecanismos de las reacciones inorgánicas y orgánicas en los suelos. 

El Nitrógeno es un elemento constitutivo de los compuestos humificados y actuante como impulsor de la actividad biológica del suelo atribuyéndose la responsabilidad “prima“ respecto a la productividad vegetal. Entre otras muchas, las aportaciones de Bremner y Bartholomew en el campo del análisis y evaluación de los compuestos nitrogenados en el suelo, de G. Standford sobre la mineralización del nitrógeno y las ecuaciones presentadas por C.G. Kowalenko y D.R. Cameron son de gran interés. 

Una de las consecuencias directas del planteamiento del paradigma de Jeny fue el estudio específico de la materia orgánica en Edafología, como un factor de formación de suelo y relegando a un segundo plano su concepto ancestral de la “bondad de los suelos orgánicos para la agricultura” verdaderamente poco científico. Sin embargo, cuando el US Soil Survey advierte que una de las causas de pérdida de fertilidad y de la erosión de los suelos están asociadas al descenso de los niveles de materia orgánica, se reagrupan todos sus intereses. 

Los trabajos de Forshyth 1941 de extracción de compuestos humificados con ayuda de sosa, influye sobre todas las investigaciones posteriores, incluídas las de Schnitzer (1956), quien desde su primer trabajo “Note of the extraction of organic matter from the B horizon of a Podzol Soil” lo utiliza con sus ventajas e inconvenientes, tal y como se puso de manifiesto el 1979 en el Congreso de “Migrations des Complexes Organo-Mineraux du Sols”, en Nancy. La modelización de su trabajo sobre la composición, y análisis estructural de los compuestos húmicos, es impresionante. Posner (1966) da un paso más allá, al realizar la titulación electroquímica de los compuestos “fúlvicos” y “húmicos” y relacionar sus resultados con la capacidad de intercambio iónico de la “materia orgánica” del suelo. 

Kononova y Belchikova (1971) introducen un nuevo extractante, el pirofosfato sódico por su actividad dequelante, que reduce los problemas de hidrólisis, autolísis bacteriana y neoformación en laboratorio evitando de esta forma los problemas de la sosa. Bruckert (1976) aporta el tetraborato como reactivo de extracción, sobre la base de su capacidad de reacción con los carbohidratos presentes en los componentes fúlvicos (cuya composición ya había quedado establecida). Y junto a ellos toda una nueva gama de reactivos orgánicos, complementarios al etanol, van a ser introducidos: dimetilformamida, dimetilsulfóxidos, dicetonas, y otros. 

La capacidad integradora de personas como Kononova, (1961) “Soil Organic Matter”, Giessekin (1972) “The Soil Components”, Flaig (1975) “The Soil Compounds” ó Lowe (1978) “The Soil Organic Matter” van incrementado el acervo de conocimientos de una forma organizada. Como consecuencia, las clasificaciones denominativas que impliquen a los conjuntos moleculares liberados siempre quedarán bajo sospecha, son difusos y su clasificación real es harto difícil. En casi ningún caso se atiende a lo que realmente hay y lo que se extrae, se engloba bajo nombres genéricos y solo en pocos casos se habla de compuestos orgánicos concretos etc.

Componentes del Suelo

Al conocimiento de las moléculas húmicas dedican buena parte su vida los alemanes Martin y Heider (1971). Stevenson y Flaig además de realizar un estudio general de estos compuestos, desarrollan diversos modelos moleculares de los ácidos fúlvicos y húmicos y en recopilaciones más recientes, Aiken, McKnight, Wershaw, MacCarthy, Hayes y Switt aportan entre 1985 y 1989 revisiones de gran importancia, tales como “Humic Substances in Soil, Sediment and Water” “Humic substances II: In search of Structure”, o los escritos por Frimmel y Christman “Humic Substances and their role in the environment”. A la alteración de las arcillas como tales y a la influencia del entorno edáfico específico, Jackson dedica una gran parte de sus esfuerzos. La conformación de los complejos organominerales se estudia a partir de la interacción de las arcillas con los ácidos húmicos y fúlvicos (Orlov y Greenland, 1965). 

A estos estudios van a contribuir técnicas, degradativas o no, tales como la espectrofotometría UV-V, IR, RMN, Resonancia de spin electrónica, análisis de difracción electrónica y por espectrofluorescencia, medidas de viscosidad, etc. y nuevos desarrollos como la aplicación del RMN de alta frecuencia, el uso de 13C, o la espectroscopía de masas por ionización (Py-FIMS). No se descartan técnicas menores como la cromatografía capilar en la determinación de los hidratos de carbono después de silitización, la cromatografía de exclusión molecular, la electroforesis sobre gel de poliacrilamida, por poner ejemplos puntuales de la extensa entre una variada gama de técnicas que hoy están presentes en los análisis de este tipo de materiales. 

Desde los primeros tiempos de la Mineralogía ya se diferenciaron, en el suelo, dos tipos de materiales objeto de estudio: la fracción gruesa, mayor de 2 micras de diámetro, y la fracción fina, inferior a dicho tamaño. Si las técnicas de estudio de la primera apenas evolucionaron, utilizándose casi exclusivamente la petrografía microscópica, la interpretación de los resultados empiezan a tener interés cuando se aplica a suelos policíclicos, a índices de fertilidad potencial, en estudios de meteorización y por su utilidad en las clasificaciones de suelos. 

La fracción fina ha recibido mayor atención como consecuencia de su mayor reactividad e influencia sobre las propiedades de los suelos. A principios de siglo, los coloides inorgánicos del suelo eran considerados como mezclas químicas de sílice, alúmina e hierro. Por su pequeño tamaño de partícula y por la imposibilidad de observar estructuras externas se consideraban como amorfos. Para conocer su composición se utilizaron fundamentalmente técnicas de tipo químico, la solubilidad en determinados reactivos o las relaciones estequiométricas entre sus constituyentes. Esta orientación se observa en los trabajos de Mattson, Robinson, Holmes ó McLean, entre otros. La aplicación de la DRX al estudio de la fracción arcilla contribuyó decisivamente a demostrar su naturaleza predominantemente cristalina. Desde entonces se realizan un gran número de estudios sobre la estructura y propiedades de los minerales cristalinos de la arcilla (Grim, Hoffmanm, Mehmel, Correns) avanzando notablemente en su conocimiento y catalogación. 

Recientemente la Edafología ha puesto especial énfasis en el estudio de los Minerales de cadena corta, derivado del importante papel que estos parecen tener en determinados tipos de suelos como podzoles, oxisoles y andosoles. Destacan los trabajos de Fripiat (1964), van Reeuwijk (1974), Fieldes (1966), Tan (1984), entre otros. 

Para el estudio de los mecanismos de las reacciones de alteración, se han utilizado dos estrategias. Con la más clásica, Jackson y Sherman (1953) estudian la composición del suelo y de las rocas en diferentes etapas de alteración. La segunda representada por de Pedro (1979) consiste en provocar la alteración experimental de distintas rocas y minerales en condiciones controladas de laboratorio. Han merecido también la atención los estudios de transformación de minerales a los que han aplicado los principios de la termodinámica para predecir las fases estables y el sentido de las transformaciones. Actualmente son temas de estudio de especial atención: 

• Estudios mineralógicos en ambientes especiales y extremos. 
• Estudios de tipo geoquímico y termodinámico. 
• Estudios de alteración experimental. 
• Estudios sobre las características superficiales de los minerales y su relación con las propiedades del suelo. 

Técnicas combinadas como espectroscopía de absorción atómica por plasma de acoplamiento inducido, RMN, FTIR, y FT-Raman, así como técnicas de estudio de la interfase (ESCA, Auger), que han propiciado el avance de la química de superficie, fundamentada en la caracterización precisa de los grupos funcionales de superficie, de los componentes orgánicos y minerales del suelo, responsables de su interreactividad.

En USA, los conocimientos sobre génesis, clasificación y uso de los suelos se organizan a partir del inicio de actividades del “National Soil Survey Program” dirigido por Milton Whitney. Sus colaboradores de campo llegan impresionados por las grandes variaciones que presentan los suelos naturales y la ausencia de relación obligatoria con el uso agrícola de los mismos y su productividad. En un principio, Whitney enfatiza sobre la importancia de las propiedades texturales y la capacidad de un suelo para nutrir a las plantas y cubrir sus necesidades de agua y de nutrientes. F. H. King se da cuenta de la importancia generalizada de las propiedades físicas de los suelos, para estos fines. 

Al principio, el reconocimiento de suelos se hacía para informar a los agricultores del uso de prácticas agrícolas adecuadas y ayudar a decidir qué producción debían de sembrar en cada caso particular, según el tipo de suelo. Hasta 1910, la mayor parte del personal fueron geólogos, los únicos expertos disponibles con experiencia en los métodos de campo y capacitados para evaluar los problemas agrarios, pero cuya concepción del suelo era como un conjunto de los productos de alteración de las formaciones geológicas definida por la forma del suelo y la composición litológica, lo cual reflejaban en la mayor parte de sus informes. 

De una forma gradual, entre 1910 y 1920 se fueron incorporando tanto los factores de formación naturales como el antrópico y aparece un número mayor de condicionantes que los que corresponden a los conceptos geológicos puros. Los investigadores de campo aprendieron que algunas propiedades importantes del suelo no estaban relacionadas con el tipo de roca o el suelo formado. Notaban que suelos con mal drenaje natural tenían propiedades diferentes a aquellos con buen drenaje y que los suelos de ladera eran diferentes entre sí. A partir de 1903, la “oficina de seguimiento y control de suelos” de Dubuque County incluye sistemáticamente en sus informes la estructura del suelo y la de Tama County, en Iowa relacionó la topografía con la diferenciación de perfiles. En poco tiempo también se dieron cuenta que había diferencias entre los suelos bajo bosque o pastizal, formados a partir del mismo material parental. 

Un conflicto conceptual estuvo latiendo desde el comienzo del Soil Survey. En los laboratorios primaba la Teoría del Balance Nutricional en lámina de agua, usado para interpretar la nutrición vegetal, mientras que los conceptos geológicos predominaban en los trabajos de campo. Hasta finales de los años 20 estos dos conceptos condujeron a clasificaciones de suelos muy dispares. Y ello a pesar de que determinados conceptos habían sido ya desarrollados de forma aislada por Hilgard (1860) y Coffey (1912) y se comenzaban a recibir las informaciones divulgadas por Marbut, procedentes de la escuela rusa. Desde los trabajos de Hilgard, los conceptos más sensatos sobre clasificación de suelos fueron planteados por Coffey, al clasificar de suelos sobre la base de un sistema jerárquico basado sobre una única característica conceptual: “El suelo era un cuerpo natural que tenía una génesis definida, una naturaleza distintiva en cada caso y un proceso de formación de sus componentes independiente de las rocas constitutivas de la corteza de la tierra” (Cline, 1977). 

En Alemania, Emil Ramann (1851-1926), profesor de la segunda cátedra de Edafología del mundo, receptor básico de las ideas de Dokuchaev e impulsor del desarrollo de la Edafología en la Europa del Oeste, realiza una importante actividad en el ámbito forestal, publicando su libro “Edafología forestal y teoría de la distribución de suelos”. La traducción inglesa de su obra “The evolution and classification of Soils" (1928) supuso la apertura de su labor investigadora a todo el ámbito científico.

A partir del Congreso de Roma, las Clasificaciones se inspiraron casi exclusivamente en los postulados de Dokouckaev. Los rusos conciben a los suelos como cuerpos naturales independientes, resultado de unas combinaciones únicas de clima, materia viva, material parental, relieve y tiempo (Gedroiz, 1927). Con esta doctrina, aceptada por todos, interpretaban los conocimientos semiempíricos que sobre el suelo y sus propiedades se habían ido acumulando. Hipotetizaban sobre qué propiedades reflejaban mejor los efectos combinados de este conjunto de factores genéticos responsables de su formación. Más tarde, Jenny (1941) enfatizaría la relación funcional entre las propiedades del suelo y su proceso de formación. 

Así, bajo la dirección de Marbut (1853-1935), el Soil Survey acepta los conceptos de la Edafología rusa y los adapta a las condiciones de los EE.UU. Hacia 1925, aparecen un gran número de trabajos sobre química y morfología que Marbut resume, interpreta y presenta en el I Congreso Internacional Congreso de Washington (1927). Crea un sistema de clasificación que agrupa a todos los suelos del mundo. En su esquema categoriza en el nivel superior dos órdenes: los Pedalfers (con acumulación de hierro y aluminio) y los Pedocals (con acumulación de carbonatos). Sólo los primeros se subdividieron en subórdenes en función de los cocientes SiO2/Al2O3 de la fracción arcilla, en la creencia de que esta relación reflejaba los niveles pluviométrico y térmico bajo los cuales se habían formado los suelos. A partir de aquí y hasta el cuarto nivel de clasificación, el sistema fundamental era climático; en el quinto nivel aparecía el desarrollo del perfil y en el sexto, el material de partida. 

Marbut afirmaba: “el reconocimiento de los horizontes del suelo y la descripción e identificación de los mismos se basa, en esencia, en el estudio de la composición, características, número y disposición de los horizontes del suelo que constituyen cada perfil". 

Junto con Jacob S. Joffe (1928), definían al suelo como “un cuerpo natural de constitución mineral y orgánica, diferenciado en horizontes, con profundidad variable, y que difiere del material subyacente en su morfología, composición química y características biológicas” definición aceptada actualmente por Birkeland (1974). 

Marbut defendió que la clasificación de suelos podría asociarse a la morfología y no a las teorías de génesis, al ser ambos conceptos dinámicos. Afirmaba que podrían preverse ciertas características sin examinar los suelos. En todo caso, Marbut tiene claro que el examen de los suelos es esencial en el desarrollo de un Sistema de Clasificación y de la cartografía de uso. A pesar de todo, el trabajo de Marbut revela su personal conocimiento de la geología y por ello, su clasificación de 1935 depende del concepto de “un suelo normal”, que es resultado de un equilibrio estable entre erosión y formación del suelo. 

Otras clasificaciones plantearon criterios ajenos al clima e incluso a los factores de formación. Stebutt (1930) subdivide los suelos en su primer nivel según el grado de desarrollo, mientras que en el segundo, la subdivisión se establece ya según los factores de formación y las propiedades de los suelos. Las clasificaciones de Gedroits (1925) y sobre todo la de Huguet del Villar (1937), intentan ordenar los suelos exclusivamente por propiedades intrínsecas a los mismos y sin referencia alguna a su entorno. El primero utilizó el complejo absorbente como criterio diferenciador, y el segundo (autor del primer sistema de desarrollo en forma de clave) utiliza todo un conjunto de propiedades ordenadas según la influencia que, según el autor, tenían sobre la génesis de suelos. 

Charles E. Kellogg (1936), continuador de Marbut, define al suelo sobre una base geográfica, como “un cuerpo natural en equilibrio dinámico con su medio, lo que permite considerar dos tipos de actividades durante la formación del mismo: destructivas, debidas a la alteración física y química, y constructivas, impulsadas por fuerzas biológicas". El sistema de clasificación de Kellogg (The Seventh Aproximation), basado en criterios de zonalidad climática, se mantuvo vigente hasta 1960 y es precursor de la Soil Taxonomy. 

12 Órdenes de Taxonomía de Suelos

La primera edición del Soil Survey Manual (1937) presentada por Kellogg, indica que una unidad cartografiable de suelos es “un cuerpo geográfico, cuya identidad sólo puede ser establecida sobre la base de una repetición de ciertas características definitorias, en las que los suelos están asociados con algún medio particular". La segunda y tercera edición del Soil Survey Manual (1951, 1984) supervisada por Kellogg, dio un gran empuje a la morfología cuantitativa y es una obra muy utilizada, al normalizar la metodología de trabajo en el estudio de los suelos en el campo. 

Las clasificaciones rusas que se desarrollaron hasta la Segunda II Guerra Mundial se basaban en su principio de zonalidad de los Grandes Grupos de Suelos, (zonales, azonales e intrazonales) (Neustrenev, 1926; Vilensky, 1927; Glinka, 1931; Gerasimov, 1939, etc.). Prescott a través de Marbut, publica en 1931 la primera clasificación de suelos australianos, basada en el sistema zonal ruso, clasificación que fue superada por el sistema de Northcote (1971). El inglés Milne (1935 publica su concepto de “catena” como una entidad cartográfica y genética dentro de sus trabajos de clasificación del Este de África. 

Los conceptos de la escuela rusa fueron revolucionarios porque las propiedades de un suelo no se basaban únicamente en las inferencias de la naturaleza de las rocas, del clima o de los factores ambientales, considerados éstos de una forma independiente. Era más, estos conceptos requerían que todas las propiedades del suelo fueran consideradas de una forma colectiva, de tal forma que se integraran en un cuerpo natural, y la expresión de todos estos factores podía contrastarse en la morfología de cada suelo. Así sería posible el estudio del suelo como una Ciencia. 

El entusiasmo inicial por estos nuevos conceptos y por el posible desarrollo de la nueva disciplina de la Ciencia del Suelo, llevó a algunos a pensar que se tenían que olvidar los viejos conceptos procedentes de la Geología y de la Química. Sin embargo esta posición, se rectificó rápidamente, permitiendo la aparición de nuevos conceptos y estrategias cuya utilidad es actualidad y futuro. Así la morfología del suelo proporciona bases firmes sobre dónde ubicar los resultados procedentes de la observación y de las experiencias de laboratorio, que junto a la práctica de campo y el desarrollo integrado de todos estos principios, puede permitir la predicción del comportamiento futuro de los suelos. 

Morfología del Suelo

Durante los años 30 el mayor énfasis se puso en el concepto de perfil, pero se extendió a los estudios morfológicos desde simples muestreos hasta la aparición de series de suelos dentro de un área determinada, y su morfología llegó a ser descrita por un conjunto de propiedades que se evalúan cuantitativamente calculándose las desviaciones respecto de un perfil típico. El desarrollo de las técnicas para los estudios mineralógicos de arcillas enfatiza también la necesidad de los estudios de laboratorio. 

En esta época, la formación de los suelos se explicó en términos concebidos como procesos aislados tales como “podzolización”, “laterización”, y “calcificación”. Se presumía que eran los únicos procesos responsables, para observar las propiedades comunes de los suelos de una región (Jenny, 1946). 

La concepción de “Factores formadores de suelos de Hans Jenny” (1941), como “un sistema pedológico cuantitativo, concisamente sintetizado e ilustrado, base de los principios científicos de la Edafología moderna”, obliga a avanzar intensamente en los conocimientos de la química, la física, la mineralogía y la biología del suelo. Como consecuencia inmediata, la génesis de suelos se basa en procesos y factores. Los procesos físicos, químicos y biológicos se interrelacionan de tal forma que aparece una nueva dimensión del concepto de suelo y su interrelación con la planta. Ahora hay que cuantificar cada propiedad y cada proceso, intentando conocer de qué forma contribuye a la variación del comportamiento del conjunto y las interrelaciones que cada variación genera. 

En su libro “Factors of Soil Formation”, Jenny (1941), considera que el suelo es un sistema cuyo estado puede ser definido por la acción combinada de una serie de variables, (los factores de formación del suelo), definidos previamente por Dokuchaev, a los que se añade el tiempo. De esta manera, la formación de un nuevo suelo se explica al establecerse un gradiente de cualquiera de estas variables, por lo que el número de estados posibles del sistema suelo es prácticamente infinito; su modelo se expresa como la función: 

S= f ( cl, m, r, O, t,… ) 

en donde S puede representar tanto al suelo en su conjunto como a una propiedad particular del mismo y es una función del clima (cl), material parental (m), relieve o topografía (r), organismos (O), tiempo (t) y factores inespecíficos (…), entre los que incluye a las actividades humanas. Su ecuación y su libro sintetizan el concepto del tiempo y forman un paradigma de la Ciencia del suelo que llega hasta nuestros días. 

A partir de este momento, aparecen dos tendencias claras que aún se mantienen para clasificar los suelos: La Estadística funcional y la Genética-evolutiva. Dentro de esta primera destaca la Soil Taxonomy, de la segunda la clasificación francesa. 

Si, en la clasificación de suelos propuesta por Marbut, las clases de suelos y de sus categorías superiores, eran descritas en términos cualitativos, basados en conceptos y teorías rusas de génesis de suelos, a partir de 1949, Guy Smith introduce los criterios cuantitativos. Su trabajo culminó 15 años después en un nuevo sistema de clasificación de suelos que constituyó la Soil Taxonomy “A Basic System of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Surveys” (Soil Survey Staff, 1975). 

A partir de ese momento, las unidades del sistema de clasificación se definen a través de propiedades del suelo que pueden ser observadas, detectadas y medidas permitiendo definir horizontes y parámetros de diagnóstico, lo cual da paso a un sistema objetivo. También es un sistema dinámico, ya que su estructura permite modificaciones parciales (como las ampliaciones realizadas recientemente), sin alterar sus contenidos básicos, en la medida que se vayan adquiriendo nuevos conocimientos, siendo además comprensivo, (acepta clasificar todos los suelos). La contribución más significativa proviene de definir los límites cuantitativos de clase y de cuantificar al individuo suelo para su caracterización utilitaria. 

El sistema está pensado para que la taxonomía y la cartografía sean de aplicación sencilla y directa, ya que cada clase define cuantitativamente a los cuerpos de suelos y genera unidades cartográficas cuantificadas, lo que permite que los mapas de suelos puedan ser interpretados de forma rápida, precisa y universal. De esta forma, simplifica y acelera los procesos de correlación entre suelos. 

Otro factor que tuvo un gran impacto, fue la ampliación del trabajo del Soil Survey a todo tipo de suelos, no ciñéndose únicamente a los ámbitos de producción agraria, pecuaria y forestal. De esta forma se pretende conocer y/o predecir no sólo el impacto de las explotaciones agrícolas o forestales sobre la evolución de los suelos; también se amplía al efecto de otros usos del suelo, como la construcción de ciudades, autopistas, pantanos, parques de recreo, vertederos, ferrocarriles, etc.. En este nuevo apartado, la cartografía se hace absolutamente necesaria y los estudios de impacto también. 

La precisión de los sistemas de clasificación se incrementa con la inclusión de nuevas tecnologías de supervisión de suelos. Si el uso de la fotografía aérea (introducido al final de los años 30) como base universal de trabajo, permitió un incremento de detalle y precisión para quienes trazaban los mapas, lo que facilitó la transferencia de escalado cartográfico. Hoy, la unión de técnicas y herramientas, (sistemas de información geográfica (GIS), métodos geoestadísticos de interpolación de las propiedades de los suelos, análisis de imágenes, de teledetección) junto con técnicas geostadísticas cuantitativas para la predicción espacial de las propiedades del suelo, (fundamentadas en métodos no lineales, procedimientos de regresión y redes neuronales, o la contribución de la geofísica a la caracterización de las variaciones espacio-temporales del suelo, la cartografía tridimensional para representar la distribución espacial de los suelos y las relaciones entre los suelos y los ecosistemas asociados) permiten de forma rápida y automática superponer informáticamente mapas de todo tipo. 

En la línea genética – evolutiva, la visión particular de Kubiena le llevó a proponer una clasificación de suelos cuyo primer nivel lo realiza un factor de formación y el segundo nivel se desarrolla mediante criterios de evolución definidos a partir de una serie de propiedades micromorfológicas. Fue muy utilizada en España hasta comienzos de los años sesenta ("Las claves sistemáticas de suelos” de 1952 y “The Soils of Europe" de 1953 publicadas por el CSIC) y su enfoque sirvió de guía a las clasificaciones de suelos en clave genética, elaboradas posteriormente en Europa. 

La clasificación Francesa (C.P.C.S., 1967), considera que la trilogía medio-proceso-caracteres, debe de ser tenida en cuenta simultáneamente. La elección y la jerarquización de los caracteres utilizados en los diferentes niveles no pueden estar separadas del estudio de los procesos y de la ecología. Philip Duchaufour y G. Aubert presentaron esta clasificación en 1956 en la que los suelos jerarquizados en diez clases diferentes, en función del grado de evolución, de las condiciones de alteración, del tipo de humus y del quimismo del complejo adsorbente. 

Otras ideas procedentes de la Ecología entran en juego. El estudio del proceso evolutivo del suelo conduce al estado “climax” o estado de máximo desarrollo de sus propiedades. Para explicar los mecanismos de la evolución se utiliza bien la teoría de las múltiples líneas evolutivas o bien la hipótesis del único proceso de desarrollo (Nikivoroff, 1948), que conduce a formular la teoría del sistema residual de Chesworth (1973). 

La clasificación FAO-Unesco, ideada inmediatamente después de la II Guerra Mundial como proyecto destinado a elaborar mapas de suelos del mundo a escala 1:5 millones, pretendía unificar estas dos líneas. Pudo presentarse en 1968 gracias a los esfuerzos de Dulal, van Baren, y Kovda, entre otros científicos. La primera versión, muy influida por la clasificación americana, consideraba 106 clases de suelos, agrupados en 26 clases mundiales de suelos, sobre la base de procesos tales como la gleificación, lixiviado, salinidad, etc. Para darle un mayor valor pragmático se definen las clases texturales y de pendiente, así como diversas fases con significado agronómico, además de variantes climáticas. 

En 1985 se realizó una versión revisada con cambios substanciales en las definiciones de algunos horizontes y con la adición de un tercer nivel categórico y en 1994, un nuevo borrador (”World Reference Base for Soil Resource”). La leyenda de suelos de la FAO ofrece una alternativa de manejo más simple que la Soil Taxonomy, ya que carece de los niveles jerárquicos de ésta, prescinde de condiciones climáticas referidas al suelo como sistema de clasificación, su nomenclatura está basada en términos tradicionales de fácil comprensión para los iniciados en la materia y es particularmente útil para clasificaciones de suelos a pequeña escala. No obstante mantiene numerosos puntos en común con la Soil Taxonomy, principalmente en cuanto a definición de los horizontes y las propiedades de diagnóstico. 

Hasta ayer, la Soil Taxonomy y FAO son los sistemas de clasificación de suelos más universales, pese a que todavía existen numerosos sistemas de ámbito nacional como el del CPCS para Francia y ultramar, Reino Unido (Avery, 1965), España (Guerra y Monturiol, 1968) etc. así como el desarrollo de clasificaciones denominadas “coordenadas” que tratan de representar los suelos en un sistema coordinado dentro del hiperespacio o, mejor todavía, dentro de un sistema numérico de clasificación (Webster, 1977). 

Si se hace un repaso somero a la historia reciente de cada país, también se encuentran y justifican determinadas tendencias científicas que preocupan al mundo. 

La Edafología americana se centra sobre los estudios de erosión y conservación de suelos, cuyo enfoque inicial le proporciona Hugh Hammong Bennet (1881-1960), fundador del Soil Conservation Service y verdadero movilizador frente al problema de la erosión. Su obra “Soil Erosion: A National Menace" primero, y luego su libro básico “Soil Conservation” así lo acreditan, demostrando su aportación a un tema de tanta actualidad. El carácter pragmático americano y la vertiente tecnológica, implícita en la práctica de la conservación del suelo, generan un gran desarrollo de estas materias, pudiendo tomar como ejemplo la actividad de Frevet desde la década de los 50. 

Conservación de Suelos

En un sentido más teórico, pero con un fondo práctico, figura el establecimiento de la llamada “Ecuación Universal de Pérdida de suelos por Erosión (USLE)” desarrollada por Walter H. Wischmeier y Dwight D. Smith y presentada en el Congreso de la ISSS de 1960 en Madison. Pese a las restricciones que prudentemente hay que establecer ante el empleo de esta ecuación, constituyó un excelente punto de partida para posteriores progresos y en todo caso un esquema conceptual y un instrumento de análisis de los procesos erosivos. 

La organización de la estructura del suelo ha sido y es uno de los aspectos de mayor interés para enfrentarse a los problemas agronómicos. Una vez hecha pública la teoría de Emerson sobre los dominios y organización del suelo, sus conocimientos se completan con los conceptos vertidos por Russell (1971) en su publicación “Soil Structure: Its maintenance and improvement”, los trabajos de E. W. Hamblin (1977) respecto a la dinámica de formación de los agregados y los criterios sobre dinámica evolutiva de los agregados bajo distintas acciones antrópicas de Chesters y Harris. 

En Francia no puede omitirse una mención a Albert Demolon, agrónomo y físico, quien, con su obra “Dymanique du sol” ha contribuido a la formación de generaciones enteras en estos temas. Henry Erhart cubre la vertiente del estudio de suelos tropicales y gracias a su experiencia y estudios publica su difundida obra “La genèse des sols en tant que phénomène géologique”, donde da a conocer su teoría de la biorresistasia, que ayuda a una mejor comprensión de muchos procesos genéticos, sobre todo en los países de relieves acentuados. Philip Duchaufour, como director del Centre de Pedologie Biologique de Nancy, ha dejado una importante huella en el estudio de los suelos, con una visión mundial de los procesos edafogenéticos. 

En el CPB-CNRS de Nancy, Berthelin estudia la alteración que sufren los minerales por microorganismos, lo cual nos da conciencia de que en el suelo, los procesos de alteración del componente mineral no tienen únicamente un ritmo geoquímico (lento) sino que presentan un segundo ritmo, (microbiológico). Los estudios del inglés Jenkinson, iniciados en 1948 sobre la actividad microbiológica y descomposición de la materia orgánica, adquieren toda su importancia, pues abren una tercera velocidad de evolución de las arcillas, derivada de la actividad de los catabolitos orgánicos de origen microbiano. Estos conocimientos aplicados convenientemente e imitando a la naturaleza, son el fundamento de todas las aplicaciones de compuestos quelantes que se desarrollan en la Química Agrícola actual. 

En Gran Bretaña han existido también figuras notables que han dejado una profunda huella. Alfred D. Hall recoge el fruto de la prolongada labor realizada en Rothamsted en épocas anteriores y se beneficia de este conocimiento para la publicación de sus dos obras principales: “The Soils" y “Fertilizers and manures", con las que cubre un amplio campo de conocimientos. John Russell ha generado una base de doctrina agronómica con su obra “Las condiciones del suelo y el crecimiento de las plantas" y Gilbert W. Robinson ha sido uno de los puntales más firmes de la Edafología genética, sobre todo a través de su obra “Suelos, su origen, clasificación y constitución". 

Alemania presenta actualmente una manifestación muy importante de su tradición edafológica. Las contribuciones de H. Stremme a la cartografía edafológica influyeron enormemente en España, al apoyar a Hugette del Villar en el ambiente internacional. Su labor queda avalada por la preparación del primer Mapa de Suelos de Europa, a escala 1:10 millones (1927). Vageler con más de 20 años de experiencia representa a los edafólogos expertos en temas tropicales y escribe su obra “Fundamentos del estudio de los suelos de los países tropicales y subtropicales". 

La tradición holandesa en los estudios sobre suelos se ve confirmada en esta etapa reciente por la presencia de notables edafólogos como Hissink experto en temas de Química del suelo y Salinidad. El estudio de los suelos con sulfatos ácidos fue impulsado por van Beer ante la crítica situación de los mismos y sus dificultades de utilización desarrollando sistemas de drenaje para todo tipo de suelos hidromorfos. Su obra “Acid Sulphate Soils” es la primera que sienta los criterios y permite un rápido diagnóstico de los mismos. 

Hoy, la actitud de intercambio de conocimiento e integración que tuvo el movimiento paneuropeo a los efectos del estudio del suelo, no se ha perdido. Un buen ejemplo de la presencia de todos los “antiguos grupos de trabajo” es el proyecto EuroSOMNET (European Soil Organic Matter Network) patrocinada por el programa ENRICH en la que el Prof. Pete Smith se encuentra generando modelos en los que la materia orgánica de los suelos, sus variaciones cuantitativas globales y los ritmos de los procesos metabólicos que en su seno ocurren, pueden condicionar, a largo plazo, el sentido del llamado cambio climático.

Ir a:

• Historia de la Ciencia del Suelo - Capítulo 1
• Historia de la Ciencia del Suelo - Capítulo 2

Ir al Índice de Entradas 1-50 ...

Guardar en PDF