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Ecología del fuego ¿Cuál es el efecto de la temperatura sobre el contenido mineral y el pH en alfisoles?

Definición del problema

Como Australia ha sufrido recientemente muchos incendios forestales graves, ello despertó mi interés por el impacto del fuego sobre los ecosistemas. Los incendios forman parte de la ecología de los matorrales. Cuando el fuego quema la vegetación, sus minerales son devueltos al suelo con las cenizas. Sin embargo, no solo se quema la vegetación; ¿qué pasa con la materia orgánica del propio suelo? Las temperaturas alcanzadas en los incendios incontrolados pueden superar los 250°C en la superficie del suelo y pueden llegar a los 114°C en los primeros 2,5 cm del suelo. No obstante, la temperatura cae hasta 59-67°C a 7,5 cm. ¿Qué efecto tendría esto sobre las características minerales del suelo? Decidí investigar el efecto de calentar muestras de suelo local dentro de este rango de temperaturas y evaluar el efecto que ello tenía sobre el pH y sobre minerales seleccionados para los que había análisis adecuados. Pregunta de investigación ¿Cuál es el efecto de la temperatura (70, 80, 90, 100 y 110°C) sobre las propiedades químicas del pH y las propiedades minerales del contenido en fósforo, nitrógeno y potasio del suelo alfisol? Predicción Las altas temperaturas quemarán los microbios y la materia orgánica que regulan la bio-geoquímica de minerales como los fosfatos, nitratos y el potasio en el suelo, disponibles para su absorción por las plantas, por lo que aumentará el contenido de minerales en el suelo quemado. La propia combustión de la materia orgánica acidificará el suelo quemado. Investigación de contexto: Los alifisoles son suelos en los que algunos de sus minerales han sido lixiviados. Estos tienen una fertilidad relativamente alta, aunque en Australia suelen ser pobres en nitrógeno y fósforo. Estos suelos se han formado principalmente bajo bosques de frondosas y tienen un subsuelo arcilloso. El nitrógeno está presente en proteínas, vitaminas y clorofila. El nitrógeno permite el desarrollo de la actividad vegetativa de la planta y es absorbido por las plantas en forma de nitrato (N03 ), derivado de la mineralización de la materia orgánica y la aplicación de fertilizantes. Por otra parte, los nitratos en el agua se irrigan en el suelo. (Hanna Technology. Análisis individual de nitrógeno) 3-

El fósforo está presente en aguas naturales en forma de iones fosfato (P04 ). Los fosfatos llegan al suelo por vías fluviales y por sistemas de riego con agua procedente de represas. El suelo puede recibir fósforo por vía industrial en base a la contaminación por escorrentía. El fósforo es fundamental para las plantas, que lo precisan para formar brotes y raíces. (Hanna Technology. Análisis de fósforo y fosfato en el agua) Sin embargo, las cantidades excesivas de fósforo son la causa principal de la eutrofización, que es un crecimiento anormal y excesivo de plantas. El potasio está presente en los tejidos responsables del crecimiento de las plantas (meristemos primarios y secundarios) (Hanna Technology. Potasio en análisis agrícola). El potasio regula la cantidad de agua absorbida por las raíces y el control de la actividad celular. El potasio ayuda a proteger a las plantas de enfermedades. El problema de una falta de potasio es frecuente en los suelos alfisoles. Los microorganismos que viven en el suelo producen glúcidos complejos que la planta usa para obtener energía. Las enzimas vegetales descomponen grandes moléculas de nutrientes, como los ácidos fúlvicos y húmicos, en moléculas más pequeñas para la absorción por parte de la planta. Los hongos beneficiosos del suelo (micorrizas) actúan como un sistema radicular secundario importante y ayudan a transportar estas sustancias sintetizadas hasta las raíces de las plantas. Estos factores biológicos son interdependientes de un pH óptimo de 6,5 (Guide to Organics and Hydroponics in Gardening, ["Guía de cultivos orgánicos e hidropónicos en jardinería"]).

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Tabla 1: Variables

Tipo de variable Identificación Variable independiente Temperatura de horno regulada a 70°C, 80°C, 90°C, 100°C y 110°C Variable dependiente Concentración de mineral usando el Kit de análisis para agricultura de la marca Hanna Instruments Variable controlada Las muestras de suelo se tomaron del mismo emplazamiento Duración de la combustión (24 horas) Origen del suelo de un área local Relación agua/suelo en sedimentación (120:960) Tiempo permitido para asentamiento de partículas del suelo (24 horas) Suelo secado antes de su uso. El contenido en agua puede afectar al pH y al contenido mineral en la medición, especialmente del control sin calentar. Masa de suelo usado (120 g) Tiempo para el desarrollo del complejo de color (30 segundos en análisis de minerales, 5 minutos para análisis de pH) 3 Volumen de extracto usado tras la sedimentación (2,5 cm ) Cantidad de indicador universal (3-5 gotas) Masa de reactivo usado (bolsitas previamente pesadas provistas en los kits) Variable no controlada Cantidad de luz solar natural recibida antes de obtener el suelo y durante el experimento. Las áreas de suelo expuestas a la luz solar pueden tener más minerales originales en el suelo, en contraste con el suelo obtenido de áreas sombreadas, debido al mayor crecimiento de plantas. El contenido mineral original en el suelo. Este variará con el área y la profundidad del suelo, aunque el muestreo fue sistemático y el emplazamiento se seleccionó cuidadosamente. Porosidad, la cual podría afectar a la eficiencia de la transferencia de minerales La cantidad de materia orgánica en las muestras de suelo podría haber sido diferente

Experimento de control: El experimento de control incorporado al diseño es una condición mediante la cual el suelo se obtuvo directamente de la tierra y se evaluó su pH y contenido en fósforo, nitrógeno y potasio, sin introducir la variable independiente del calor. Este control permitirá la comparación entre el contenido del suelo normal y el contenido mineral posterior tras la exposición al elevado calor. Materiales Tabla 2: Equipo requerido para el experimento con cantidad asociada Cantidad Equipo 1 Horno industrial (110, 100, 90, 80 y 70 ºC) 1 Balanzas electrónicas +/- 0,001 1 Kit de análisis para agricultura HI 3895 de Hanna Technology (sustancias químicas enumeradas en la tabla incluida más abajo) Tarjetas de referencia colorimétricas, pipeta para trasvasar, tarjeta de referencia volumétrica y 4 tubos de ensayo. 1 Cronómetro 320 Suelo alfisol 5 Crisoles grandes 3 1 Vaso de precipitados de 500 cm 3 1 Vaso de precipitados de 1000 cm 1 Guantes ignífugos protectores © 1 Marcador de etiquetado Sharpee 1 Espátula 1 Placa con cavidades 3 1 Micropipeta de 5 cm 1 Pipeteador Tabla 3: Sustancias químicas requeridas para el experimento con cantidad asociada Cantidad Sustancia química 3 5 dm Agua destilada 25 Reactivo de ensayo de POTASIO: Sal tetrasódica dihidrato, hidróxido de litio monohidrato, tetrafenilborato de sodio 25 Reactivo de ensayo de NITRÓGENO: Ácido cítrico monohidrato, sulfato de bario 25 Reactivo de ensayo de FÓSFORO: Mezcla de polvos cristalinos 3 50 cm Indicador universal 100 g Sulfato de bario(s) Página 2

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Evaluación de riesgos y seguridad práctica La evaluación de riesgos y las precauciones de seguridad práctica se toman en consideración en el Plan de evaluación de riesgos Consultar el Apéndice A: EVALUACIÓN DE RIESGOS DE ACTIVIDAD DEL ALUMNO y FORMULARIO DE ORDEN PRÁCTICO Método Muestra de suelo El suelo se obtuvo de un área boscosa sin ordenamiento forestal. Para evitar cualquier influencia que pudiera afectar al contenido mineral, la muestra se tomó de una zona alejada de tierras agrícolas y la muestra se excavó de los primeros 20 cm de suelo a más de 20 m de la pista de acceso al emplazamiento. En el emplazamiento no había signos de incendios recientes. Calentamiento 1. Precalentar el horno industrial en la sala dispuesta para trabajos prácticos adaptándolo a la temperatura experimental de 110 grados centígrados (o 100, 90, 80, 70°C) 2. Transferir la masa medida de suelo al crisol individual y anotar las observaciones cualitativas. 3. Esperar a que el horno haya alcanzado la temperatura requerida y poner a continuación el crisol en el horno. 4. Esperar 24 horas a la combustión del suelo 5. Retirar el crisol y anotar las observaciones cualitativas (porosidad, granularidad, etc.). Se calentaron cinco muestras por cada tratamiento. Como control se mantuvieron tres muestras sin calentar. Medición del pH 1. Tomar una muestra de 4 g de suelo y añadirla a un tubo de ensayo adecuado del kit de análisis para agricultura, llenarlo de agua destilada hasta alcanzar la marca de graduación inferior (2,5 ml). 2. Añadir el contenido del paquete rotulado como reactivo de pH HI 3895 (incluyendo el cloruro de calcio dihidrato o indicador universal y sulfato de bario) en el tubo de ensayo del kit de análisis. 3. Volver a colocar el tapón del tubo de ensayo y agitar suavemente el tubo durante 30 segundos. Usar el cronómetro para una medición precisa del tiempo 4. Dejar reposar la muestra en el tubo de ensayo durante 5 minutos para garantizar el desarrollo del complejo de color 5. Comparar la tarjeta de coloraciones de pH con el color de la muestra. Registrar el pH de la muestra. Para una medición óptima, garantizar una iluminación máxima del laboratorio, mantener la tarjeta de colores a unos 2 cm de la muestra para su comparación frente a un fondo blanco uniforme. Estimación de niveles de N, P, K 1. Poner a cero la balanza y añadir 120 g de la muestra de suelo al vaso de precipitados. 2. Usar la relación de suelo respecto a agua destilada (225:1800 reducida a 120:960). 3. Dejar que el suelo se separe en sus componentes (materia orgánica, arcilla, limo, etc.) durante 24 horas para garantizar una separación máxima sin perturbaciones (cuando más claro sea el extracto, mejores serán los resultados del ensayo con minerales). 4. Usar una pipeta para extraer 2,5 ml de extracto de suelo general claro y añadirlo a un tubo de ensayo. (no transferir el suelo, evitar una agitación del sedimento de suelo, apretar la perilla de la pipeta antes de insertarla en la solución con el extracto de suelo) 5. Añadir los contenidos del reactivo especializado para el análisis (nitrógeno - HI 3895-N, fósforo HI3895-P y potasio - HI3895-K) 6. Volver a colocar y fijar el tapón del tubo de ensayo en el equipo. Agitar suavemente el tubo de ensayo durante 30 segundos. 7. Dejar reposar la muestra en el tubo de ensayo durante 30 segundos para que se desarrolle el complejo de color 8. Emparejar el color aparente de la muestra con la tarjeta de color de referencia usando un fondo blanco uniforme y con una iluminación uniforme. 12. Registrar las observaciones cualitativas y registrar los datos relevantes. Asegurarse de llevar puesto el equipo de seguridad (bata de laboratorio y gafas de seguridad) Asegurarse de que se toman fotografías para acreditar las observaciones cualitativas.

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Modificaciones del método Las piedras se eliminaron de la masa medida en los crisoles para maximizar la cantidad del contenido de suelo en cada ensayo. Las piedras no participan en la transferencia de minerales. Se añadió más indicador universal a algunas muestras para obtener evidencias del pH del suelo. Los tubos de ensayo debían agitarse para reactivar los reactivos con el extracto de suelo algo que era aproximado en los ensayos. Ello puede haber producido unas mediciones desiguales, ya que puede que los reactivos no se hayan asociado al suelo en los agitados más suavemente, en comparación con los agitados más vigorosamente. Tabla 4: Datos brutos tabulados para mostrar los niveles de pH, nitrógeno, fósforo y potasio tras la combustión con temperaturas variables - 70, 80, 90, 100 y 110°C Temperatura / °C ±0,1°C PH y contenido mineral de suelo alfisol pH Nitrógeno Fósforo Control Ensayo 1 7,0 TRAZA TRAZA Ensayo 2 6,0 TRAZA TRAZA Ensayo 3 7,0 TRAZA TRAZA 70 Ensayo 1 7,0 TRAZA TRAZA Ensayo 2 7,0 TRAZA BAJO Ensayo 3 7,0 TRAZA TRAZA Ensayo 4 7,0 TRAZA TRAZA Ensayo 5 7,0 TRAZA TRAZA 80 Ensayo 1 6,5 BAJO ALTO Ensayo 2 6,5 BAJO BAJO Ensayo 3 6,5 BAJO BAJO Ensayo 4 6,5 BAJO MEDIO Ensayo 5 6,5 BAJO ALTO 90 Ensayo 1 6,5 MEDIO TRAZA Ensayo 2 6,5 MEDIO TRAZA Ensayo 3 6,5 MEDIO TRAZA Ensayo 4 6,5 MEDIO TRAZA Ensayo 5 6,5 MEDIO TRAZA 100 Ensayo 1 6,0 TRAZA BAJO Ensayo 2 6,0 BAJO BAJO Ensayo 3 6,0 BAJO TRAZA Ensayo 4 6,0 TRAZA TRAZA Ensayo 5 6,0 TRAZA TRAZA 110 Ensayo 1 6,0 TRAZA TRAZA Ensayo 2 6,0 TRAZA TRAZA Ensayo 3 6,0 BAJO TRAZA Ensayo 4 6,0 BAJO TRAZA Ensayo 5 6,0 BAJO TRAZA

en el suelo Potasio BAJO MEDIO MEDIO BAJO TRAZA BAJO TRAZA TRAZA ALTO ALTO ALTO ALTO MEDIO BAJO BAJO BAJO BAJO BAJO MEDIO MEDIO MEDIO MEDIO MEDIO ALTO ALTO ALTO ALTO ALTO

Tabla 5: Observaciones anotadas durante el proceso de experimentación con una explicación asociada y la implicación de los resultados si procede. Observación Explicación/ implicación Suelo gris tras la combustión Decoloración causada por la falta de materia orgánica que regula el contenido del suelo - sugiere un aumento de los niveles de limo y arcilla que limitan la emisión y absorción de oxígeno y dióxido de carbono por el suelo. El cambio de color fue evidente El complejo de color se desarrolló inmediatamente en la mayoría de los de inmediato - no hubo que ensayos, salvo en las pruebas de nitrógeno. esperar 3 La luz solar modificó el Durante la sedimentación, el vaso de precipitados de 1000 cm se contenido colocó al sol en el ensayo a 90°C. Ello puede haber influido en el proceso de separación de minerales en el suelo, ya que el suelo absorbe la luz solar. Distintas cantidades de Variados niveles de materia orgánica muerta flotante, y arcilla, limo, etc. sedimentos en el fondo del vaso de precipitados. Ello puede deberse a la fuente del suelo - mayor nivel de materia orgánica en los estratos del suelo Página 4

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Algo de materia orgánica transferida en el ensayo

próximos a la superficie, en tanto que cuanto más profundo, puede que el suelo contenga más arcilla y piedras, etc. El método fue dejar la materia orgánica sin alterar al transferir el extracto de suelo líquido, aunque había que introducir la micropipeta en la superficie y se adhirió materia a la pipeta o ésta fue transferida al tubo de ensayo con la pipeta.

Tabla 7: Resultados promediados del pH y resultados globales de los ensayos minerales a distintas temperaturas Temperatura / °C ±0,1 Sin calentar 70 80 90 100 110

pH y minerales pH 6,7 7,0 6,5 6,5 6,0 6,0

Nitrógeno TRAZA TRAZA BAJO MEDIO TRAZA BAJO

Fósforo TRAZA TRAZA ALTO TRAZA TRAZA TRAZA

Potasio MEDIO TRAZA ALTO BAJO MEDIO ALTO

Gráficos Contenido mineral relativo de los suelos Siendo 1 = Traza, 2 = Bajo, 3 = Medio y 4 = Alto

Contenido mineral relativo

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

Sin calentar

Tratamiento

El gráfico muestra los resultados promediados obtenidos del experimento de evaluación de minerales: fósforo, nitrógeno y potasio. El gráfico representa el contenido mineral como resultado de una exposición del suelo a una temperatura elevada y del control (sin calentar). Parece haber una tendencia al aumento de los niveles de potasio conforme aumenta la temperatura por encima de 90°C, aunque no hay ningún patrón específico para los otros minerales analizados: nitrógeno y fósforo. Parece que la temperatura óptima para producir el contenido máximo de fósforo es 80°C y la temperatura óptima para el nitrógeno es de 90°C.

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pH medio de muestras de suelo Barras de error = ± incremento mínimo de medición 7,4 7,2 7

pH

6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8 5,6

Sin calentar

Tratamiento/°C

Este gráfico muestra los valores de pH medios para las muestras de suelo tratadas a distintas temperaturas junto con la muestra de control (sin calentar) para su comparación. En general, parece haber una disminución progresiva en los niveles de pH para las muestras calentadas, aunque hay una pequeña variación entre la muestra sin calentar y la calentada a 70°C. pH de suelo quemado con temperaturas en aumento 7,2

7,0

6,8

pH

6,6

6,4

6,2

6,0 R2 = 0,89286 5,8

Temperatura /

°C

El gráfico muestra los resultados medios obtenidos del experimento de evaluación del pH del suelo quemado. El suelo fue expuesto a unas temperaturas crecientes y posteriormente se examinó su disminución del pH (acidez en aumento). Los resultados muestran que conforme aumenta la temperatura, el pH disminuye proporcionalmente (hay una correlación entre la acidez del suelo y el aumento de la temperatura). La línea de tendencia lineal sugiere esta correlación. Esta correlación es apoyada por el 2 coeficiente de determinación (valor R ) que es igual a 0,8929. Este valor es alto, lo que indica un buen ajuste con la línea de tendencia y sugiere una correlación negativa.

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Conclusión

Los datos obtenidos sustentan la idea de que el pH del suelo se vuelve más ácido a altas temperaturas. Los datos sugieren que hay un aumento en el contenido mineral con el calentamiento de los suelos alfisoles. La tabla 7, de los promedios de los datos brutos, demuestra el aumento de la temperatura que es directamente proporcional a un aumento del contenido mineral. A temperaturas de 110°C los niveles de potasio son máximos. Sin embargo, esta tendencia no está presente en todos los compuestos minerales. Los compuestos de nitrato en el suelo quemado son máximos a 90°C. Las moléculas de fosfato en el suelo alcanzan su máximo en el suelo a 80°C. Ello sugiere que a determinadas temperaturas el contenido mineral de los suelos para los distintos minerales cambia, tanto en su cantidad como en su tipo. El aumento general del contenido mineral se supone que es el resultado de la combustión de los microbios que hay el suelo. Los microbios y la materia orgánica almacenan y regulan minerales como los nitratos y fosfatos del suelo (además de la absorción por parte de plantas y otros organismos). Cuando el suelo se ve expuesto al calor, el cambio de temperatura causa la combustión de la materia orgánica, con lo que se libera el mineral y aumentan sus niveles. Sin embargo, ello no sugiere que las plantas sean capaces de usar estos recursos acumulados. Los organismos descomponedores de forma natural, como las lombrices, son capaces de producir compuestos orgánicos y liberan minerales para las plantas. Sin estos descomponedores para mantener el ciclo, las plantas solo dispondrán de un limitado almacenamiento de minerales. Además, a pesar de la mayor disponibilidad de minerales, las plantas requieren otros factores del suelo como la porosidad, que determina la retención de agua. Un suelo que se haya visto expuesto a temperaturas extremas pierde la capacidad de retener agua para plantas y organismos; esa es la razón por la que las tierras quemadas no pueden sustentar el crecimiento vegetal hasta que son regenerados de forma natural. Sin embargo, una aplicación de esto es que un suelo quemado puede mezclarse con un suelo deficiente en minerales para incrementar los niveles de minerales en el suelo para las plantas. Ello mejoraría las propiedades químicas del suelo y ayudaría al crecimiento de las plantas. Además, los suelos alfisoles son típicamente deficientes de forma natural en minerales como el potasio y el nitrógeno en las regiones australianas. El tercer gráfico representa la variación de pH como resultado de la exposición a una temperatura elevada. Hay una buena correlación entre el aumento de la temperatura y la disminución del pH. Ello es 2 sustentado por el alto coeficiente de determinación, valor R = 0,8929. Los minerales de nitrógeno están presentes en el suelo en forma de nitratos (N03 ). Como el aumento de la temperatura aumenta la cantidad de nitratos en el suelo, éste se acidificará como resultado. Lo mismo ocurre con los fosfatos (Holleman , A - Inorganic Chemistry 2001). Se puede predecir que a temperaturas superiores a 110°C su pH seguirá siendo cada vez más ácido (ello queda demostrado por la línea de tendencia lineal constante hasta la combustión de toda la materia orgánica). La solubilidad de los minerales en el suelo varía con el pH del suelo. La mayoría de los minerales está disponible a un pH de 6 a 7. El fósforo está más disponible a un pH de 6,5 y por debajo de un pH 5 se vuelven más solubles el aluminio, el hierro y el manganeso. El aluminio es tóxico para muchas especies vegetales y éste es especialmente abundante en los alfisoles. Por ello el descenso observado del pH con el calentamiento podría originar que algunos minerales valiosos pasaran a ser más accesibles al principio, aunque un fuerte descenso del pH podría hacer el suelo menos fértil. Fiabilidad Los datos obtenidos son fiables con varias omisiones de poca importancia. El suelo alfisol, que pertenece a la familia de suelos típica que se encuentra en la mayoría de las zonas de Australia, destaca por su amplio rango de propiedades físicas. No se pueden generalizar los resultados a todos los suelos, ya que el ensayo realizado sobre el suelo obtenido puede contener niveles de minerales distintos a los de un suelo alfisol de Australia occidental. Además, no fue fiable en la medida en que los análisis de pH son variables en los controles. El contenido en agua de los controles puede haber influido en estos resultados. En las muestras calentadas el agua se evaporó. La materia orgánica original del suelo, que influye en el contenido mineral, y la concentración de plantas en el área de origen no fueron registradas. Ello sería un indicio de la naturaleza general de los resultados para áreas que contuvieran cantidades similares de materia orgánica. Tampoco se controló el nivel de luz solar recibida por las áreas en las que se hizo la toma de muestras del suelo. La intensidad de la luz solar determinará la tasa de fotosíntesis de las plantas. Si el suelo está en una zona de umbría concreta, entonces la actividad fotosintética de las plantas sería inferior a la de otras plantas que recibieran luz solar de forma constante. Ello resultaría en una menor cantidad de biomasa de plantas y menos materia orgánica en el suelo. Un menor nivel de fotosíntesis podría tener como resultado un contenido mineral menor del suelo a analizar. Página 7

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En el experimento se repitieron ensayos de las muestras, lo que permite descubrir la fiabilidad de los datos respecto a la coherencia entre ensayos. La incertidumbre asociada a las tarjetas de referencia significa que el contenido de minerales en la solución de suelo podría ser, en potencia, medio grado superior o inferior al identificado. Además, el error en la apreciación visual humana es importante. Las tarjetas de referencia requieren una observación por parte del experimentador para realizar una medición estandarizada, mientras que una sonda de medición como un colorímetro puede permitir efectuar un análisis más objetivo de la concentración. Evaluación del método Hubo varios errores sistemáticos y aleatorios asociados a la incertidumbre de los datos, lo que supone una limitación de los resultados. Un error sistemático asociado a los datos tiene que ver con las tarjetas de indicación colorimétricas. Esta parte del equipo es un componente no numérico y se basa en una comparación entre el color de la solución como resultado del reactivo y una referencia estandarizada de las categorías TRAZA, BAJO, MEDIO o ALTO en la tarjeta. Esta es una limitación del diseño por la que los datos, salvo el pH, no se pueden convertir en datos numéricos. Por consiguiente, la incertidumbre relacionada con los datos es la mitad del menor incremento (por ejemplo, entre ALTO y MEDIO). Esta es una gran incertidumbre, ya que sugiere que puede haber un valor de concentración diferente del mineral en la solución. Con los análisis de pH ocurrió un problema similar. Este método requiere un indicador universal para colorear el suelo y comparar este color posterior con una carta de referencia de pH. Un error aleatorio es que el método indicaba: "Dejar que el suelo se separe en sus componentes (materia orgánica, arcilla, limo, contenido mineral, etc.) durante 24 horas para garantizar una separación máxima sin perturbaciones (cuando más claro sea el extracto, mejores serán los resultados del ensayo con minerales)." Sin embargo, no se dejó cada uno de los ensayos durante 24 horas (debido a restricciones en el tiempo de experimentación), lo que produjo un extracto de color amarillo, en lugar de uno translúcido. Ello sugiere que los resultados obtenidos puede que no hayan sido los indicadores óptimos del contenido mineral en el suelo quemado. Además, el tiempo para la sedimentación era de un máximo de 24 horas. El suelo usado no da una indicación de la duración del proceso de sedimentación necesario y, por consiguiente, el rango de tiempo es de 30 minutos a 24 horas. Se supuso que 24 horas serían adecuadas para un resultado completo. Los reactivos usados como indicadores de los minerales se prepararon en bolsitas que fueron abiertas y añadidas al extracto acuoso del suelo. Sin embargo, no se añadió toda la cantidad en cada uno de los casos, debido a la dificultad de liberación de las sustancias químicas. Ello puede haber ocasionado un color más claro de la solución, lo que supondría una comparación cualitativa que no representaría necesariamente la cantidad real de mineral en la muestra. Otro error aleatorio es que el horno, que controla la temperatura de calentamiento, fue abierto momentáneamente por otros alumnos y la temperatura bajó de 110 a 97°C. Este supone un proceso de calentamiento irregular y los ensayos requerirían una repetición para garantizar resultados precisos en el caso en que se abrió el horno. El descenso de temperatura de 13°C puede haber tenido un efecto sobre el experimento. Modificaciones del experimento Para aumentar la precisión de los resultados, hay una versión profesional del kit de análisis HI 3895 usado para analizar el contenido mineral en el suelo en este experimento. El HI 3896 emplea una metodología similar a la del kit de análisis para agricultura HI 3895, aunque utiliza compactadores de color y les asigna valores numéricos a la comparación del color. Ello proporcionará una base de medición más significativa a los resultados. Como alternativa podría usarse un espectrofotómetro de luz ultravioleta-visible para analizar la concentración desconocida en comparación con una curva de calibración creada usando soluciones estándar de una solución patrón de fosfato diluido. El espectrómetro proporcionará una medición más precisa en comparación con la tarjeta de referencia. Ello podría aplicarse a otros minerales como compuestos de potasio y compuestos de nitratos. Hanna instruments, la compañía que fabricaba el kit de análisis para agricultura empleado para analizar el contenido de minerales y el pH del suelo, también fabrica un producto denominado comprobador de fosfatos. El instrumento emplea una célula fotoeléctrica de silicio que funciona de forma similar a un espectrofotómetro ultravioleta-visible, aunque este analiza ortofosfatos únicamente empleando los reactivos y no se requiere ninguna calibración para determinar la concentración. La medición del aparato Página 8

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varía entre 0,00 y 2,50 ppm con una incertidumbre del 4,0%. El aparato se fabrica para nitratos y compuestos de potasio, además de para fosfatos. En relación con los análisis de pH, se podría usar una sonda de pH para determinar una medición más precisa del pH del suelo. El método para usar este aparato es extraer una masa específica de suelo y añadirle agua destilada. Esta solución puede filtrarse usando papel de filtro y un embudo. La sonda de pH, tras calibrarla con electrolitos y limpiarla con agua destilada, medirá el pH de la solución con precisión. Una modificación del experimento podría ser la manipulación de la variable independiente como el tiempo en lugar de la temperatura. El experimento ha demostrado que la variación de temperatura influirá en el contenido mineral en el suelo, aunque como perfeccionamiento del experimento se podría investigar el efecto de la duración del tiempo de combustión. Este proporcionaría una representación más válida ecológicamente de los ejemplos de incendios de matorrales (incendios controlados e incontrolados). Otra variación del experimento podría investigar el efecto de temperaturas más bajas, ya que las temperaturas más altas suponen la combustión de toda la materia orgánica o la gran mayoría de ésta; unas temperaturas más bajas destruirán solo parte de la materia orgánica. Tabla 9: Resumen de modificaciones del diseño experimental Modificación Espectrofotómetro UV-vis.

Explicación Medir con precisión la concentración de iones fosfato en extractos de suelo Comprobador de fosfatos Funciona con un efecto similar al aparato UV-vis. y no requiere curva de calibración (mide directamente la concentración de fosfatos). HI 3896 Kit de análisis para agricultura preciso en comparación con el HI 3895 (asigna valores numéricos) Temperaturas más bajas Mantener un contenido de minerales más alto con regulación de la materia orgánica restante. Duración del calentamiento Cambiar la independiente al tiempo -> refleja mejor el factor ecológico del fuego y el suelo. Sonda de pH Se usa para medir el pH de la solución (filtrar el extracto de suelo y medir el pH) Controlar el contenido de agua de Secar con aire el suelo de control a temperatura ambiente la muestra Bibliografía Beadle N.C.W (1940) Soil temperatures during forest fires and their effects on the survival of o vegetation Jof Ecol Vol 28 n. 1 p.180-192

Holleman, A.(2001), Inorganic Chemistry, San Diego, Academic Press Hanna Instruments (2008) Phosphate analysis. Estados Unidos http://www.hannainst.com/usa/prods2.cfm?id=001001&ProdCode=HI 38050 Hanna Instruments (2009) Nitrate analysis, Estados Unidos http://www,hannainst.com/usa/prods2.cfm?id=001001&ProdCode=HI 38073 Hanna Instruments (2010) Potassium analysis, Estados Unidos http:// www.hannainst.com/usa/prods2.cfm?id=001001&ProdCode=HI 38082 Hanna Instruments (2008) pH analysis, Estados Unidos http://www.hannainst.com/usa/prods2.cfm?id=001001&ProdCode=HI 38058 Mayra E. Gavito, Interactive effects of soil temperature, atmospheric carbon dioxide and soil N on root development, biomass and nutrient uptake of winter wheat during vegetative growth, Department of Plant Research, Ris0 National Laboratory, Roskilde, Dinamarca http://ixb.oxfordiournals.org/cRi/content/short/52/362/1913 Umoh, J, The effect of burning on mineral contents of Flint Range Forages, Journal of range management, marzo de 1982 http://www.istor.org/pss/3898398 Neff. J, Fire effects on soil organic matter content, composition, and nutrients in boreal interior Alaska, Canadian Journal of Forest Research, 2005 http://rparticle.webp.cisti.nrc.ca/rparticle/AbstractTemplateServlet?calvLang=eng&iournal=cifr&volume=35&vear=200 5 &issue=9&msno=x05-154 Página 9

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Sierra. J, Temperature and soil moisture dependence of N mineralization in intact soil cores, Elsevier Science LTD, 1997 http://www.sciencedirect.com/science? ob=ArticleURL& udi=B6TC7- 3RHD81S-10& user=10& coverDate=10%2F31%2F1997& rdoc=l& fmt=high& orig=search& sort=d& docan chor=&view=c& searchStrid=1442793572& rerunOrigin=google& acct=C000050221& version=l& urlVersion=0& Userid=10&md5=7b43fef23c730ba4c52001c99e7b6474 University of Idaho College of Agricultural and Life Science (2011) http://soils.cals.uidaho.edu/soilorders/alfisols.htm Unknown, J, (2006) Guide to Organic and Hydroponics in Gardening, USA http://www.ia5ons-indoor-guide-to-organic-and-hvdroponics-gardening.com/iasons-indoorguide.html Nornberg. P, Mineralogy of a burned soil compared with four anomalously red Quaternary deposits in Denmark, Department of Earth Sciences, Aarhus University, revisado en 2003 http://claymin.geoscienceworld.org/cgi/content/fuH/39/l/85

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Materiales/equipo requerido: Cantidad

Equipo

1

horno industrial (110, 100, 90, 80 y 70 ºC)

1

balanza electrónica +/- 0,001

1

Kit de análisis para agricultura HI 3895 de Hanna Technology (sustancias químicas enumeradas en la tabla incluida más abajo) Tarjetas de referencia colorimétricas, pipeta para trasvasar, tarjeta de referencia volumétrica y 4 tubos de ensayo

1

cronómetro

320

muestras de suelo alfisol

5

crisoles grandes

1

vaso de precipitados de 500 cm

1

vaso de precipitados de 1000 cm

1

guantes ignífugos protectores

1

marcador de etiquetado Sharpee

1

espátula

1

placa con cavidades

1

micropipeta de 5 cm

1

pipeteador

Cantidad

Sustancia química

5 dm3

de agua destilada

25 uds. 25 uds.

de reactivo de análisis de POTASIO: Sal tetrasódica dihidrato, hidróxido de litio monohidrato, tetrafenilborato de sodio de reactivo de análisis de NITRÓGENO: Ácido cítrico monohidrato, sulfato de bario

25 uds.

de reactivo de análisis de FÓSFORO: Mezcla de polvos cristalinos

50 cm3

de indicador universal

100 g

de sulfato de bario

3 3

©

3

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Material de ayuda al profesor de Biología

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Investigación 3

Material de ayuda al profesor de Biología

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