Nature, properties and function of aluminum–humus complexes in volcanic soils

Abstract

Andosols (or Andisols) possess several distinctive properties that are rarely found in other groups of soils. These properties are largely due to the dominance of short-range-ordered minerals (allophane, imogolite and ferrihydrite) and/or metal-humus complexes (Al/Fe-humus complexes) in their colloidal fraction. While several papers have extensively reviewed the nature and properties of short-range-ordered minerals, there is no comprehensive review of the genesis, characteristics and management implications of Al-humus complexes, the dominant form of active Al in non-allophanic Andosols. In this review, we survey the chemical characteristics of Al-humus complexes and discuss the pedogenic environment favoring their formation in non-allophanic Andosols. The role of Al-humus complexes in carbon cycling and soil organic carbon accumulation is emphasized as an important mechanism controlling organic dynamics in Andosols. While non-allophanic Andosols share many common properties with allophanic Andosols, they display several distinct characteristics associated with Al-humus complexes, such as strong acidity and high exchangeable Al content that impair agricultural productivity due to Al phytotoxicity. Thus, we focus on the role of Al-humus complexes in regulating aqueous Al 3+ solubility and release/retention kinetics, Al phytotoxicity, phosphorus dynamics, and suppression of soil-borne diseases. Knowledge of these soil properties as related to Al-humus complexes is necessary to develop effective soil management practices to assure sustainable agricultural productivity in non-allophanic Andosols. Finally, future research needs are identified concerning the role of Al-humus complexes in regulating soil biogeochemical processes.

Explaining soil organic matter composition based on associations between OM and polyvalent cations

“…The relation between SOM and Al ox similar to that in Fig. was reported, for example, by Takahashi and Dahlgren ().…”

“…The associations between OM and polyvalent cations are, however, based mainly on ligand exchange and electron donor‐acceptor interactions ( e.g ., Bonnard et al, ; Zhang et al, ). Carbonyl and carboxyl groups preferentially participate in such interactions ( Kleber et al, ; Takahashi and Dahlgren , ). In this study, carbonyl and carboxyl groups are summarized by the term “C=O groups” because both act as electron donors ( e.g ., Morrison and Boydt , ) and contain double bonds between carbon and oxygen.…”

Extracciones selectivas y secuenciales de Al, Fe y Si en un Andisol del Oriente antioqueño, Colombia

“…La acumulación de materia orgánica en forma de complejos Alhumus y Fe-humus también es una característica de los Andisoles que se desarrollan bajo ciertos regímenes de humedad y temperatura. Este conjunto de procesos hace parte de la andolización, proceso específico que da origen a los Andisoles Shoji et al, 1993;Soil Survey Staff, 1999; En condiciones ambientales húmedas, las formas dominantes del Al activo proveniente de la meteorización de los materiales volcanoclásticos, permiten definir dos tipos de Andisoles: los no alofánicos, en donde la mayor parte del Al está asociado con humus formando complejos organometálicos y los alofánicos, en donde el Al se une con el Si para producir principalmente alofana e imogolita Zapata, 2006;Takahashi & Dahlgren, 2016). García et al (2004) y Jansen et al (2011, indican que existen diferentes métodos de disoluciones selectivas que son usados en el fraccionamiento y en la cuantificación del Al, Fe y Si activos de los Andisoles, en donde se utilizan extractantes como el cloruro de potasio, el pirofosfato de sodio, el oxalato ácido de amonio, el ditionito-citrato-bicarbonato y el hidróxido de sodio.…”

“…En la Figura 4 se puede observar que el comportamiento en profundidad del Alp y del Sip fue muy similar entre sí, y contrario al del Fep, lo que puede explicarse por la alta afinidad que existe entre los ligandos orgánicos y el Al y el Si, que favorece la formación de complejos Al-humus y Si-humus (Zapata, 2006;Takahashi & Dahlgren, 2016). Como se observa en los horizontes no alofánicos el Al y el Si compiten activamente con el Fe para asociarse con los grupos carboxilo (-COOH) e hidroxilo (-OH) presentes en las sustancias húmicas, lo que disminuye en gran medida la formación de complejos Fe-humus, pero al pasar a los horizontes alofánicos, donde se favorece la asociación del Al y el Si para formar materiales inorgánicos (alofana e imogolita), pueden quedar más sitios reactivos disponibles en la materia orgánica para ser ocupados por el Fe y esto explicaría el incremento que se presentó en los contenidos de Fep en los horizontes 3C/A y 4Bs.…”

An Alternative Method to Measure Available Sulphur by Ion Chromatograhy in Volcanic Soils

“…The Andisols have positive physical and chemical properties (Sandoval et al, 2007;Takahashi and Dahlgren, 2016). In Chile, agricultural systems produced under volcanic soils (43% of the agricultural land) are cereal rotations, pastures and grasslands.…”