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PRIMER CURSO NACIONAL DE SUSTRATOS
Colegio de Postgraduados
Texcoco, Estado de México
28 – 30 de Julio, 2010
CARACTERIZACION FISICA DE
SUSTRATOS
Dr. Víctor Ordaz Chaparro
Colegio de Postgraduadosordaz@colpos.mx
LA AGRICULTURA PROTEGIDA PUEDE APLICARSE A TODOS LOS CULTIVOS : HORTALIZAS , VIVEROS DE ESPECIES FORESTALES Y ORNAMENTALES
NIVELES DE TECNIFICACIÓN
ALTO MEDIO BAJO
EMPLEO DE
SUSTRATOS
Material sólido distinto del suelo, natural, de síntesis o residual,
mineral u orgánico.
Cuando es colocado en un contenedor, en forma pura o mezclada,
permite al sistema radicular anclarse.
Tiene las funciones de:
1. Anclar y aferrar las raíces protegiéndolas de la luz
y permitiéndoles la respiración.
2. Contener el agua y puede intervenir o no en la
nutrición de las plantas
Su diferenciación es en base a:
origen, propiedades, capacidad de degradación
SUSTRATO, POR DEFINICIÓN:
DEBE SUMINISTRAR A LAS RAICES UNA CANTIDAD
EQUILIBRADA DE AIRE Y AGUA , EN ALGUNOS CASOS
NUTRIMENTOS
ASFIXIA DEBIDO A LA FALTA DE OXIGENO
DESHIDRATACIÓN
EXCESO O CARENCIA DE NUTRIMENTOS
ENFERMEDADES (PRODUCIDAS INDIRECTAMENTE
POR CAUSAS ANTERIORES)
PROPORCIONES
INADECUADAS
Ordaz/CP- Edafología
ORIGEN DE MATERIALES USADOS PARA SUSTRATOS
• YACIMIENTOS MINERALES
• NO BIODEGRADABLES
• NO PRESENTAN DISOLUCIÓN
DE ORIGEN NATURAL
• TRATAMIENTOS FISICOS Y/O QUIMICOS
• SON MODIFICADAS SUS CARACTERISTICAS INICIALES
TRANSFORMADOS O TRATADOS
INDUSTRIALMENTE
ARCILLAS, LANA DE
ROCA, VERMICULITA,
AGROLITA (PERLITA)
ARENAS, GRAVAS,
ESCORIAS Y TOBAS
VOLCANICAS
INORGÁNICOS
MATERIALES ORGÁNICOS
DE ORIGEN NATURAL
TURBAS, HOJARASCAS, FIBRAS
BIODEGRADABLES
DE SINTESIS
POLIMEROS ORGÁNICOS
NO BIODEGRADABLES
SUBPRODUCTOS
AGRICOLAS, FORESTALES,PECUARIOS, URBANOS,
AGROINDISTRIALES
BIODEGRADABLES
USO DE SUSTRATOS
Ordaz/CP- Edafología
• ACLIMATACIÓN DE
PLANTULAS (IN VITRO)
• GERMINACIÓN Y
GENERACIÓN DE PLANTULAS
•ESPECIES FORESTALES
• HORTALIZAS
• ORNATO
CARACTERIZACIÓN DE SUSTRATOS
Ordaz/CP- Edafología
LOS OBJETIVOS:
MEJORES CONDICIONES PARA EL DESARROLLO DE LAS
PLANTAS
OPTIMIZACION DEL AGUA DE RIEGO O SOLUCIÓN NUTRITIVA
REDUCCIÓN DE LOS COSTOS DE PRODUCCIÓN
PRUEBA DE NUEVOS MATERIALES (COMBATE DE LA
CONTAMINACIÓN POR DESECHOS AGROINDUSTRIALE,
ALTERACIONES ECOLOGÍCAS)
FISICA, QUIMICA, BIOLOGICA, ECONOMICA ,
AGRONOMICA, ECOLOGICA
Granulometría (Histograma de frecuencias)
0
20
40
60
80
100
>0.25 0.25-0.5 0.5-1 1-2 2-3.4 3.4-4.8 4.8-6.8 6.8-10 <10
% e
n v
olu
men
Tamaño mm
Tezontle rojo (%) Acumulado
La caracterización de peso de las fracciones granulométricas resulta errónea en
una mezcla de materiales con diferentes densidades. En tal caso, el reporte de
la proporción Deberá ser en volumen
Tamaño dominante de partículas
Índice de grosor ( Ig )
Proporción acumulada de partículas mayores a 1 mm Ø
Ejemplo: Tezontle rojo
Ig = 89 % (en volumen) Dm = 4.74 mm
Diámetro medio de partículas mm ( Dm )
Ejemplo de calculo del Diámetro Medio (Dm) de partículas de tezontle rojo
Tamaño
partícula (mm
de Ɵ)
Valor medio
(mm Ɵ)
Vi
Frecuencia (%)
fi vi.fi
0 – 0.25 0.125 2 0.25
0.25 – 0.50 0.375 4 1.5
0.50 – 1.0 0.750 3 2.25
1.0 – 2.0 1.50 3 4.5
2.0 – 3.4 2.70 7 18.9
3.4 – 4.8 4.1 14 57.4
4.8 – 6.8 5.8 67 388.6
Suma 100 473.4
Dm = 4.73 mmDm = 473.4 / 100
Granulometría de cuatro materiales minerales
Tamaño Gránulos
Tezontle Texcoco
TezontleHidalgo Piedra pómez
Mezcla Tezon + Piedra pómez
(mm) Proporción p/p (%) >0.25 10 5 9 8
0.25-0.5 3 1 2 20.5 - 1 9 2 10 51 - 2 10 3 12 92 - 3 14 7 13 133 - 5 20 12 14 205 - 7 7 5 5 11
7 – 10 26 25 20 3110 - 20 1 32 13 1
<20 0 8 1 0
DMP (mm) 4.3 5.4 4.7 2.8Ig 78 79 84 97
Densidad aparente (Da)
Se define como la relación entre el peso seco y el volumen aparente
ocupado por el sustrato húmedo drenado ( 10 cm c.a.)
ORGÁNICOS los valores van desde
0.15 hasta 0.6 g.cm-3
Da= Densidad aparente (g.cm-3 Mg.m-3)
Pss= Peso del sustrato seco
Vc= Volumen del cilindro
MINERALES los valores van desde
0. 7 hasta 1.5 g.cm-3
Vcil.
Ps.s.Da
Porosidad total
Volumen total se representa
mediante la siguiente relación:
Vt=Vs+Vf,
Vt= Volumen total
Vs= volumen de las partículas
solidas
Vf= volumen del espacio vacío, en
estrecha relación con el estado de
humedad,
Vf= Va +Vw,
Va= volumen ocupado por el aire,
Vw= volumen ocupado por el agua.
Volumen del medio
no ocupado por las
partículas solidas
POROSIDAD TOTAL
La porosidad total es una medida del total de espacios vacios en un sustrato Vf
Expresada como la proporción del volumen que no está ocupado por partículas
solidas
Vf = Vt -Vs
Fibra de coco Agrolita Tezontle
OBTENCIÓN DE LA POROSIDAD EN
SUSTRATOS
Sature una muestra del sustrato de aproximadamente 250 g en recipientes de 600 mL. Agregue
agua en pequeñas porciones hasta una ligera sobresaturación. Permita que se sature y use vacio
si es necesario.
Peso del permeámetro (Pp)
Volumen del permeámetro (Vp)
Pese cada permeámetro con la cinta adhesiva que cubren las perforaciones
Llene el permeámetro con agua hasta antes del borde (ponga una marca previamente) y pese el
permeámetro con agua. Esto equivale al volumen del permeámetro : Vp= (Pp+Pa)-Pp
Peso del sustrato saturado (Ps.sat.)
Ps.sat.= (Pp+Ps.s.)-Pp
Peso del sustrato drenado = Ps.d
Volumen poros de aireación (Vai) =
Ps.sa. – Ps.d.
Volumen total de poros = Ps.sat –
Ps.seco
Llene el permeámetro hasta la marca con el sustrato saturado, pasándolo con una cuchara y
permita que se estabilice hasta completa saturación, desalojando agua en exceso o agregue ,
según el caso.
Pese el permeámetro lleno hasta la marca con el sustrato saturado.
Quite la cinta adhesiva para permitir que el agua del sustrato saturado drene libremente.
Pase el permeámetro con el sustrato drenado (incluyendo la cinta): Ps.d.= (Pp+Ps.d.)-Pp
La diferencia entre el Peso de sustrato saturado y el Peso del sustrato drenado es equivalente al
volumen de aireación.
Después de haber drenado seque a peso constante y pese el sustrato (Peso sustrato seco =
Ps.seco)
Reste el Peso del sustrato seco del Peso de sustrato saturado
Cálculos
Porosidad total (%)
Porosidad de aireación (%)
Por. de retención de humedad (%)
%Pt= (Volumen total de poros/Vp)100
%Pai= (Vai/Vp)100
%Prh= %Pt - %Pai
Procedimiento
obtención de Porosidad total (Pt), Porosidad de aireación (Pai) y
Porosidad de retención de humedad (Prh)
%Pt= (Volumen total de poros/Vp)100
%Pai= (Vai/Vp)100
%Prh= %Pt - %Pai
0
10
20
30
40
50
60
< 0.25 0.25-0.5 0.5-1 1-2.0 2-3.4 3.4-4.8 4.8-6.8 6.8-10 Sin cribar*
% d
e v
olu
me
ne
s
Tamaño de partículas (mm)
Tezontle rojo
%Vol.aire %Vol.agua
La Pai y la Prh son complementarias y están en
estrecha relación con el tamaño de partículas
Aumento en el
tamaño de
partículas
Porosidad de retención
de humedad disminuye
Porosidad de
aireación aumenta
Tamaño de
partícula
Proporción de
partículas
Densidad
aparente
Conductividad
hidráulica Porosidad
(mm Ɵ)% (g/g)
Probeta
L / min
Total aireación Ret. Hum
g / cm3
% en volumen
< 0.25 10 1.5 0.009 45 2 43
0.25 – 0.5 3 1.1 0.118 55 2 53
0.5 – 1 9 0.9 0.136 59 7 52
1 – 2 10 0.8 0.154 59 23 36
2 - 3 14 0.8 0.154 59 39 20
3 - 5 20 0.8 0.218 59 45 15
5 - 7 7 0.8 0.264 59 45 14
> 7 27 0.8 0.300 55 43 12
Sin Cribar 100 1.04 0.145 55 34 21
Influencia del tamaño de partículas en otras características físicas del sustrato
Tezontle rojo, procedencia Texcoco, estado de México
Materiales % Pt %Pai %Prh Da (g.cm-3)
Turba 97 16 81 0.14
Aserrín de pino 94 17 76 0.13
Bagazo de agave 95 32 63 0.17
Paja de avena 84 37 47 0.13
Fibra de coco 87 11 76 0.07
Mezcla * 73 16 57 0.14
Tabique rojo molido 59 20 39 0.85
Tezontle s/cribar (<1 cm) 55 34 21 1.04
Tezontle** 0.5 – 1 mm 59 7 52 0.96
3Tezontle** + 1Compost 71 38 33 0.89
Agrolita 71 33 38 0.1
1Agrolita+1Carbón >2mm Ɵ 71 32 39 0.15
1Agrolita+1Carbón >5mm Ɵ 60 17 42 0.14
* Turba 60% + Agrolita 30% + Corteza de coníferas 10%
Valores de porosidad para diferentes materiales
35.7
32.1
18.1
11.19.4
7.5 7.06.1 5.5 5.5 5.4
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% h
um
vo
lum
etr
íca
Tensión (cm de columna de agua)
CURVA DE RETENCIÓN DE HUMEDAD
Tezontle rojo: Tamaño de partículas = 0.25 – 0.5 mm diám., Da = 0.85 g/cm3
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
% h
um
volu
metr
íca
Tensión (cm de columna de agua)
AND AR ADDAFD
PUNTOS QUE INTEGRAN LA CURVA DE RETENCIÓN DE HUMEDAD
CALCULOS CURVA DE LIBERACIÓN DE AGUA
% Material Solido (% MS) = 100 - %Pt
Agua no disponible (AND) = % hv a Saturación - % hv a 10 cm de c.a.
Agua fácilmente disponible (AFD) = % hv a 10 cm c.a. - % hv a 50 cm c.a.
Agua de reserva (AR) = % hv a 50 cm c.a. - % hv a 100 cm de c.a.
Agua difícilmente disponible (ADD) = % hv a 100 cm c.a.
AND = (% Pt X AND) / % hv a saturación
AFD = (% Pt X AFD) / % hv a saturación
AR = (% Pt X AR) / % hv a saturación
ADD = (% Pt X ADD) / % hv a saturación
0 10 50 100
10 41 58 62
CURVA DE LIBERACIÓN DE AGUA
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Vo
lum
en
(%
)
Tensión (cm de columna de agua)
Tensión de : 3 partes de Agrolita + 1 parte de Bagazo de henequén E.P.T
Agua drenada
Aire
Material solido
(A.D.D)
A.R
A.F.D
C. A.
ASTM:
American
Section of the
International
Association for
Testing
Materials
EQUIPO BASICO PARA LA OBTENCIÓN DE LA CURVA DE
RETENCIÓN DE HUMEDAD
La retención de agua es función de
la granulometría del sustrato y de la
porosidad que forman y tienen las
partículas que lo componen
Criterios de selección para
los materiales que integran a
un sustrato
Capacidad máxima y mínima para
retener agua
Mantener la humedad en todo el
contenedor
Permitir que circule el aire
Tamaño de partículas y máxima
estabilidad biológica y de disolución
CRITERIOS DE INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Ordaz/CP- Edafología
Dm
mayor a 80 (mm Ɵ)
Tamaño de
partícula (mm Ɵ)
Proporción
(%)
Da(g cm
-3)
Tipos de materiales
Porosidad
% (v/v)
< 0.5 20 ó menos 0.7 – 1.5 Minerales Total > 70
Ig
menor a 3.5
0.5 - 2 60 ó más 0.15 – 0.6 Orgánicos Aire 25 - 40
2 - 10 20 ó menos 0.5 – 0.8 MezclasRetención
de humedad
35 - 55
Tensión
(cm de columna de agua)
% Humedad volumétrica
Epifitas Geofíticas
0 - 10 82 82
10 - 50 65 55
50 - 100 48 27
>100 40 18
Valores propuestos por De Boodt et al., 1974
Contenidos de humedad para dos familias de plantas
CLASIFICACIÓN DE SUSTRATOS SEGÚN SU
CAPACIDAD DE RETENCIÓN DE AGUA
CLASE
Agua no disponible (AND) Agua fácilmente disponible
(AFD)
0 – 10 cm de c. a. 10 – 50 cm de c.a.
% hv
I 0 – 10 >30
II 10 – 20 >20
III 20 – 30 >15
IV 30 – 40 >10
V >40 >5
Adaptado de Verdonck et al., 1984, citado por Burés, 1997