5.1 Vertisoles: características principales, procesos de formación y distribución

La peculiaridad más característica de los Vertisoles es su color negro intenso y su agrietamiento severo estacional al secarse e hincharse al ser encharcados (IUSS Working Group WRB, 2014). Los vertisoles se desarrollan cuando se produce una combinación de varios procesos/factores: una cantidad suficiente de lluvia que conduce a la meteorización de los minerales primarios que forman las rocas, pero sin que se produzca su afloramiento fuera del perfil; la meteorización conduce a la cristalización de nuevos minerales de arcilla; un drenaje impedido, que dificulta la lixiviación de los productos de la meteorización; y las altas temperaturas, que aceleran el proceso de meteorización (Schaetzl y Anderson, 2009). La combinación de estos factores conduce a la formación de arcillas esmectitas en presencia de cationes básicos (Ca2+, Mg2+). Los vertisoles se caracterizan por su alto contenido en arcilla, representada principalmente por el grupo de minerales filosilicatos de esmectita. El principal mineral de arcilla suele ser la montmorillonita (Schaetzl y Anderson, 2009). Los vertisoles se desarrollan sobre diferentes materiales parentales, incluyendo rocas ígneas, rocas metamórficas-sedimentarias y materiales aluviales y coluviales procedentes de la meteorización de rocas enriquecidas en cationes básicos (Driese et al., 2003; Schaetzl y Anderson, 2009; Pal et al., 2012). Debido a su capacidad para adsorber una gran cantidad de agua en las capas intermedias de los minerales de arcilla, las esmectitas pueden cambiar significativamente su volumen. Los vertisoles suelen aparecer en formas de relieve bajas y planas, como las tierras bajas, los valles, el frente de las cordilleras, los antiguos fondos de los lagos, las terrazas bajas de los ríos, etc., donde a menudo se dan condiciones que favorecen la acumulación y el estancamiento del agua. Durante los períodos de sequía, aparecen amplias grietas en la superficie y penetran profundamente en el solum. Se llenan de material del suelo debido a desprendimientos, aportes eólicos, fuertes lluvias, etc. Más profundamente en el perfil del suelo, donde este proceso no se expresa, aparecen slickensides como resultado de las tensiones de cizallamiento producidas (Schaetzl y Anderson, 2009). Los slickensides suelen aparecer entre 25 y 125 cm de profundidad y se expresan mejor en los suelos que se desarrollan bajo el intercambio estacional entre períodos extremadamente secos y extremadamente húmedos. Como resultado de la interacción entre los procesos de pedoturbación y retracción/inflamación, aparece un microrrelieve específico de bajos y altos (gilgai) en la superficie.

El hierro (Fe) y el manganeso (Mn) se encuentran entre los elementos más sensibles al redox en el suelo (Cornell y Schwertmann, 2003), y su comportamiento en los Vertisoles se considera un factor importante a la hora de establecer diferentes modelos para la génesis y funciones de los Vertisoles (Nordt y Driese, 2009). La ocurrencia de Vertisoles en tierras bajas con drenaje impedido determina el establecimiento de condiciones reductoras en el suelo durante las estaciones húmedas. Las principales condiciones requeridas para que un suelo se convierta en reductor son que el suelo debe estar saturado de agua; debe contener tejidos orgánicos que puedan ser descompuestos; la población microbiana debe estar presente para utilizar los orgánicos como medio respirable; y el agua debe estar estancada o moverse muy lentamente (Vepraskas y Faulkner, 2001). Una población microbiana respirable es fundamental para la formación de suelos reducidos. Estudios recientes sugieren que las bacterias están extendidas y son abundantes en muchos suelos y están adaptadas para funcionar en diferentes climas (Bazylinski, 1996; Konhauser, 1998; Fredrickson et al., 1998; Zachara et al., 2002). Los cambios estacionales en las condiciones de oxidación-reducción conducen a la formación de concreciones y nódulos de Fe-Mn, manchas de gley, etc., acompañados de procesos reductivos en los oxihidróxidos de hierro (van Breemen, 1988). La alternancia periódica de condiciones oxidativas y reductoras en los suelos invoca una mayor movilidad del Fe como resultado de la transferencia de electrones de la materia orgánica en descomposición al Fe3+. Cuando los suelos reducidos con una alta concentración de Fe2+ se oxidan, a menudo se forman óxidos de Fe de valencia mixta (Brennan y Lindsay, 1998). Otro proceso relacionado con la reducción/oxidación cíclica del hierro en un sistema abierto es la llamada ferrolisis (Brinkman, 1970; van Breemen, 1988). El proceso de ferrolisis se plantea para explicar la formación de horizontes superficiales del suelo más arenosos y fuertemente ácidos, que se sitúan por encima de horizontes más arcillosos y no tan ácidos en los suelos. Se trata de suelos desarrollados en tierras bajas con encharcamiento superficial estacional. Se ha demostrado que, bajo ciertas condiciones, la ferrolisis también puede tener lugar en Vertisoles (Barbiero et al., 2010), donde se forman concreciones de sílice amorfa y CaCO3 como resultado. Sin embargo, la mayoría de los estudios recientes demuestran que la ferrolisis como proceso en suelos sometidos a anegamiento estacional está sobreestimada (Van Ranst et al., 2011). En su lugar, se proponen procesos de translocación de arcilla (Montagne et al., 2008) o procesos geogénicos (Barbiero et al., 2010) para explicar las características contrastadas del suelo observadas.

La mayoría de los Vertisoles se consideran suelos jóvenes formados durante el Cuaternario, ya que sus materiales parentales son a menudo depósitos aluviales cuaternarios (Singh et al., 1998; Pal et al., 2006). Estudios recientes que utilizan diferentes técnicas de datación (es decir, la datación isotópica del 14C de los carbonatos pedogénicos y no pedogénicos), muestran que un Vertisol puede formarse en un plazo de 500 años y la mayoría de los Vertisoles de las zonas tropicales, subtropicales y más áridas son de edad holocena (Kovda et al., 2006; Pal et al., 2012). Sin embargo, también son frecuentes los Vertisoles antiguos y paleo, formados durante el Plioceno (Nordt et al., 2004; Achyuthan et al., 2010).

Los Vertisoles se desarrollan en diversos climas: suelen encontrarse en regiones tropicales y subtropicales con altas precipitaciones, así como en zonas subáridas (Pal et al., 2012; IUSS Working Group WRB, 2014). Los vertisoles desarrollados en las zonas áridas y semiáridas se caracterizan por la presencia de un horizonte carbonatado que contiene carbonatos primarios y/o secundarios en forma de masas difusas, concreciones y cristales (Kovda et al., 2006; Nordt y Driese, 2009; Pal et al., 2012). Se ha demostrado (Nordt y Driese, 2010a) que cuando la precipitación media anual (PAM) es <900 mm, la mayor parte del CaO está en forma de CaCO3, mientras que en PAM >900 mm, el calcio está en forma de cationes intercambiables (Ca2+) y los Vertisoles están descalcificados. La precipitación de carbonatos pedogénicos conduce a un aumento tanto del pH como del contenido relativo de Na2+ en el suelo y en la solución del suelo. Estos cationes de sodio, a su vez, provocan una dispersión de las partículas de esmectita, que pueden desplazarse en profundidad. Esta es la razón por la que, a pesar de la presencia de carbonatos, las partículas de arcilla en los Vertisoles son iluviales (Pal et al., 2012).

Los Vertisoles y los suelos que tienen propiedades verticales se identifican y describen en muchos países, pero la mayor proporción de Vertisoles en todo el mundo se concentra en la India (25%), Australia (22%), Estados Unidos (6%), África (5%) y China (4%) (Soil Survey Staff, 2003). La distribución mundial de los Vertisoles se muestra en la Fig. 5.1.1 (FAO, 2001). En Europa, los Vertisoles son característicos de los países mediterráneos y balcánicos (Italia, Chipre, Bulgaria, Hungría, Rumanía, España) (Tóth et al., 2008).

Figura 5.1.1. Distribución espacial de los Vertisoles en el mundo (FAO, 2001). Apuntes sobre los principales suelos del mundo). http://www.fao.org/docrep/003/y1899e/y1899e00.htm#toc.

En Bulgaria, los Vertisoles están muy extendidos en las tierras bajas y en las llanuras de los valles del centro y el sur de Bulgaria (Koinov et al., 1998; Shishkov y Kolev, 2014). Al igual que en otras regiones, el nombre local de los Vertisoles es indicativo del color del suelo: «Smolnitza» («negro de alquitrán»). Bulgaria es uno de los países europeos en los que los vertisoles son un tipo de suelo dominante (Tóth et al., 2008). La distribución de los vertisoles en Bulgaria está relacionada con las antiguas mesetas del Plioceno y las antiguas terrazas del Cuaternario (Koinov et al., 1998). Durante el Mioceno tardío, los lagos del Plioceno se secaron y las condiciones de los pantanos pasaron a ser dominantes (Koinov et al., 1998; Shishkov y Kolev, 2014). Esto favoreció el desarrollo de los suelos gley, que luego se transformaron en Vertisoles (Ninov, 2002). Posteriormente, los Vertisoles no fueron enterrados para formar paleosuelos, sino que permanecieron en la superficie durante el Cuaternario. La edad de los Vertisoles encontrados en las diferentes zonas de Bulgaria es incierta (Shishkov y Kolev, 2014). Normalmente se acepta que la edad del suelo viene determinada por la edad del material parental formador de rocas. En Bulgaria se reconocen varias variedades de Vertisoles: carbonoso, típico, lixiviado y degradado (Shishkov y Kolev, 2014). La más extendida es la variedad lixiviada.