Fase liquida del sueloDocente:Ing. Bernardo Coloma PaxiUNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRICOLACURSOEdafologa

*Ciclo hidrolgicoAgua almacenada(+)Escurrimiento subterrneo(-)Escurrimiento subterrneo(+)IntercepcinEvapotranspiracin(-)Agua freticaEscurrimiento superficial(+)Escurrimiento superficial(-)Precipitacin(+)Condensacin(+)Infiltracin(+)Efecto capilar(+)(-) Percolacin(-)

*Ciclo hidrolgicoEcuacin bsica del balance hdricoP R - U - E + w =0, dondeP: precipitacinR: escurrimiento superficial y subterrneoU: Drenaje, percolacinE: evapotranspiracin (planta + suelo)w: agua almacenada (mm), diferencia entre inicio y el final del periodo en la profundidad principal de races.Balance de agua en el suelo (agua almacenada en el suelo):

Entradas

Precipitacin (P)

Irrigacin (I)

Salidas

Escorrenta (R)

Drenaje (U)

Evapotranspiracin (ET)

*Formas de agua en el suelo1.Agua de combinacin qumica: forma parte de compuestos qumicos, ej: limonita, Fe2O3 x 2H2O. Esta agua no es disponible para las plantas, y es biolgicamente inactiva.

2.Agua higroscpica: esta es el agua contenida en los suelos secos al aire, aquella que est en equilibrio con la humedad ambiente. Inactiva biolgicamente.

3.Agua capilar: agua contenida en los microporos del suelo. Disponible para las plantas. Biolgicamente activa.

4.Agua gravitacional (no capilar): agua contenida en los macroporos del suelo y que drena por la fuerza de gravedad (agua de drenaje). Si su movimiento es lento, puede ser utilizada por las plantas.

La cantidad de agua que posea el suelo es una de sus caractersticas ms especficas y estdeterminada, fundamentalmente, por su textura, su contenido de materia orgnica, la composicin de sus fracciones mineral y orgnica y el arreglo que presente el medio fsico edfico, por el aporte que se le haga natural (lluvia) o artificialmente (riego) de ella, as como por el consumo causado por la evapotranspiracin.CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO

El proceso de fotosntesis implica la llegada de CO2 desde la atmsfera al mesfilo de las hojas. Ello implica una apertura estomtica y prdida de agua hacia la atmsfera.La prdida de agua por las hojas (transpiracin) debe ser compensada por la absorcin de agua desde el suelo. Si no se logra esta compensacin, la planta se deshidrata, cerrando sus estomas, reduciendo la produccin de materia orgnica por fotosntesis.El suelo desde el punto de vista agrcola, constituye la principal reserva de agua para el crecimiento de las plantas y es el almacenamiento regulador del ciclo hidrolgico a nivel de cultivo.Agua en el suelo:Agua en las Plantas:

El conocimiento del contenido de agua es fundamental para determinar los momentos ptimos de riego y su magnitud. La cantidad de agua se expresa como porcentaje en base al peso seco del suelo, en base al volumen del suelo o como lmina en milmetros cada 10 cm en profundidad, segn las siguientes relaciones:

*Porcentaje de Saturacin1/10 atmsferaAirePartcula de sueloAgua

Esta forma es muy empleada en el clculo del balance hdrico de los suelos y en el de las necesidades de riego. Su ventaja estriba en que de esta manera el contenido de agua queda expresado en la misma unidad en que se mide habitualmente la lluvia; al respecto, tngase presente que mm de altura de agua es exactamente igual a litros de agua por metro cuadrado de superficie.Contenido de Agua expresado como altura en mm.El contenido porcentual volumtrico de agua en el suelo (es equivalente a la cantidad de mm de agua existentes en un espesor o profundidad del suelo de 10cm o. a litros por metro cuadrado por 10 cm (l.m2) por 10 cm de profundidad.

En el cubo son 500mm x 1m2 = 500 l.m2.m de profundidad, o sea 50 l.m-2.10cm0.5m en 100cm por lo que en 10cm hay 5cm = 50mmDe la figura se deduce que el 50% de humedad del volumen de agua de 1m3 ocuparan la mitad del mismo, o sea 0,5m en 100cm de altura que es lo mismo que decir 50mm en 10cm de espesor. Queda pues demostrado que porcentaje de agua en volumen es equivalente a mm de agua en 10cm de suelo.El contenido porcentual volumtrico de agua en el suelo (es equivalente a la cantidad de mm de agua existentes en un espesor o profundidad del suelo de 10cm o. a litros por metro cuadrado por 10 cm (l.m2) por 10 cm de profundidad.Solidos + AireAgua1 m1 m

Capacidad de campo (CC):Cantidad de agua mxima que el suelo puede retener, medida a las 48 horas despus de una lluvia o riego (el contenido de agua contina descendiendo a medida que pasa el tiempo).Cantidad de agua retenida a una tensin de 1/10 a 1/3 de Bars.Depende del tipo de suelo, especialmente de su textura.Podemos estimarla en base a las siguientes frmulas:(Bodman y Mahmud):CC%ps = 0.023 (% arena) + 0.25 (% limo) + 0.61 (% arcilla)

Regresin mltiple para estimar capacidad de campo a partir de la granulometra y materia orgnicaFuente: Aspectos metodolgicos en la determinacin de la capacidad de retener agua de los suelos del Uruguay. Silva, A.; Ponce de Len, J.; Garca, F. y Durn, A. Boletn de Investigacin N 10, Fac. de Agronoma, 1988.

Punto de marchitez permanente (PMP):Es el contenido de agua retenida a una tensin de 15 Bars. Su valor depende del tipo de suelo. Este es el lmite de tensin hasta el cual una planta de girasol puede extraer agua. Existen frmulas para su estimacin:(Mximov): PMP %ps = 0.001(%arena)+0.12(%limo) +0.57(%arcilla)(Silva et al.,1988): PMP %ps = -5 + 0.74 CC %psAgua disponible:Es el agua retenida entre Capacidad de campo y el Punto de marchitez permanente.Es la mxima cantidad de agua que la planta puede disponer para su absorcin en determinado perfil.No toda el agua disponible es fcilmente disponible para las plantas.

Disponibilidad de agua para las plantas segn textura de suelo

*Humedad Aprovechable en funcin de la textura

Textura del sueloCapacidad de campo (CC) Marchitez permanente (PMP) Humedad aprovechable (CC-PMP) Arenoso945Franco arenoso1468Franco221012Franco arcilloso271314Arcillo arenoso311516Arcilloso351718

Resumen de las propiedades fsicas del suelo segn texturas (Israelsen y Hansen, 1979)

MEDICIN DEL AGUA DEL SUELOa) Medidas del contenido de agua1. Mtodo gravimtrico2. Sonda de neutrones3. Reflectometra (T.D.R y F.D.R.)4. Mtodo emprico i) Medidas del potencial del agua del suelo5. Tensimetros6. Bloques de yeso y sensores de matriz granular7. Olla de Richards (mtodo utilizado para construir la curva Tensin-Humedad del suelo)

El Modelo de Capilaridad en SuelosSuelo Seco: Agua retenida en pequeos poros, alta energia requerida para remover agua desde estos poros. Agua se mueve extremadamente lento.

Suelo Humedo: contenido balanceado de aire y agua en poros. Hay suficiente O2 y movimiento de agua es rapido bastante para sostener la mayoria de procesos aerobicos.

Suelo Saturado: todos los poros llenos con agua. Tasas de flujos de agua mas altas, pero tipicamente O2 es ausente. Asi, procesos anaerobicos dominan el sistema.

Efecto de Capilaridad en Suelos de Campo

POTENCIAL GRAVITACIONAL (Y g)Todos los cuerpos son atrados con una fuerza gravitacional proporcional a su masa. El potencial gravitacional del agua del suelo en un punto est determinado por la elevacin de ste con relacin a un nivel de referencia seleccionado arbitrariamente. En suelo no saturado su efecto no es muy importante.POTENCIAL OSMTICO (Y o)La presencia de solutos en el agua del suelo disminuye la energa de sta, as como su presin de vapor.En el agua del suelo este potencial siempre es negativo.El potencial osmtico es importante en la interaccin entre las races de las plantas y el suelo, si se tiene en cuenta que el agua se mueve desde una solucin diluida hacia una solucin ms concentrada, cuando ambas soluciones estn separadas por una membrana permeable al agua.

POTENCIAL MTRICO (Y m)Segn Stephens (1996), este subcomponente tiene en cuenta el efecto que ejercen los slidos del suelo,sobre el agua, al atraerla hacia ellos mediante dos mecanismos diferentes:- Las fuerzas de capilaridad, que actan cuando el suelo est hmedo, y- Las fuerzas de adsorcin, que son ms importantes en suelos secos.Potencial de sobrecarga (Y b)Es el potencial que describe el efecto que tienen, sobre el agua del suelo, aquellos materiales slidos del mismo que no se encuentran soportados, al ejercer sobre ella una presin mecnica.Potencial de humedecimiento (Y w)Este potencial describe el efecto de la geometra del suelo y es el valor del potencial mtrico cuando el potencial de presin de sobrecarga y la presin externa del aire tienen un valor de cero.POTENCIAL DE PRESIN DEL AIRE (Y a)Llamado potencial neumtico por Hillel (1998) y por Stephens (1996), se refiere a la presin que ejerce la fase gaseosa al actuar sobre la fase lquida del suelo. Generalmente, en condiciones de campo, su valor es despreciable, aunque, bajo condiciones de laboratorio puede llegar a tener valores altos.

POTENCIAL DE PRESIN HIDROSTTICA (Y p)Cuando el suelo est saturado se crea una carga hidrosttica sobre el agua que se encuentra en un determinado punto del suelo, debida a la columna de agua que est sobre l.

La Curva de Retencion de Agua del Suelo

*Retencin del agua del suelo0,0331,5 MPaArcillaArenaAgua disponible30%7%

*Retencin de agua en suelos de Costa Rica

Suelo

Prof.

% agua

(ap

H2O

cm

0,34

15,1

g/cm3

til

Alajuela plano

0-18

70,5

30,0

0,60

40,5

Alajuela ondul.

0-18

63,5

30,0

0,83

33,5

Grecia

0-18

50,0

29,5

0,90

20,5

Ciruelas

0-18

56,0

35,0

0,79

21,0

Paraso

0-30

46,0

32,0

0,75

14,0

Cervantes

0-30

84,0

62,0

0,56

22,0

Birrisito

0-50

88,0

51,5

0,49

36,5

Instituto

0-30

42,0

27,0

1,82

15,0

Medicion de Retencion de Agua

Relacin tensin agotamiento del agua disponible

*PMPC CAgua disponibleAgua no disponibleArena franco franco franco franco arcilloso arenoso limoso arcillosoAguasuelo(%)Contenido aguacm/m suelo30

24

18

12

6

0

40

30

20

10

Agua disponible en el suelo

Relacin tensin agotamiento del agua disponible

*Fuerzas de retencin del agua ADHESIN: Fuerzas de atraccin entre las molculas de agua y partculas de suelo; electrostticas

COHESIN: Fuerzas de atraccin entre molculas de agua Las plantas ejercen cierta fuerza por unidad de rea de suelo para absorber agua (Presin= fuerza por unidad de rea). La unidad para expresar presin es el bar o cb:1 bar= 106 dinas/cm2Pascal en el SIU: 1Pa = 1 Newton/m2 (Newton = kg/m/s2) 1Pa = 10-5 bares 1Mpa = 106 Pa = 10 bares

Expresin de la energa de retencin

*Curvas de retencin/desabsorcin de aguaMuestran la relacin entre el contenido de humedad y la tensin del agua del suelo. La curva es caracterstica de cada suelo, pues influyen propiedades como textura (sup. especfica), estructura, MO, configuracin del espacio poroso.

Es relevante la sup. especfica de las arcillas, ya que la adsorcin del agua es un fenmeno superficial, as el rea expuesta, la densidad de carga y los cationes saturantes son de importancia. Ej.

Tipo arcilla

Suelo

CC

PMP

Agua til

Alofana

Birrisito

88

51,5

36,5

Haloisita

Instituto

42

27

15

UMBRAL DE RIEGO El suelo retiene el agua con ms fuerza a medida que se vuelve ms seco.| Al principio, luego de una lluvia o riego, el cultivo extrae el agua del suelo con gran facilidad. A medida que el suelo se seca, las fuerzas de retencin aumentan y la planta debe realizar un esfuerzo osmtico para abastecerse de agua. Llega un momento en que la velocidad de transpiracin es mayor que la velocidad de absorcin y la planta pierde turgencia (comienza a marchitarse) Para evitar la deshidratacin la planta pone en marcha sus mecanismos de control estomtico, cerrndolos, reduciendo la transpiracin (y simultneamente la fotosntesis)

SELECCIN DEL UMBRAL DE RIEGOEl umbral de riego es un problema de velocidades:Velocidad o tasa de Evapotranspiracin:Depende de la demanda atmosfrica la cual vara a lo largo de la temporada de cultivo.Velocidad de absorcin de agua:Capacidad del propio cultivo (densidad radicular, tensin osmtica que puede desarrollar, etc.)Transmisibilidad del sueloTexturaContenido de aguaFuerzas de retencin del agua del suelo (aumentan al irse secando)De acuerdo a lo visto existira un umbral diferente para cada mes del ciclo del cultivo, lo cual es complicado e imprctico.

Umbral (% de agotamiento de A.D) recomendados para distintos tipos de cultivo en funcin de la evapotranspiracinFuente: Doorenbos y Kassam (1979)

Nivel de rendimiento de diferentes cultivos cuando se manejan al nivel de riego indicado en trminos de potencial de matrizFuente: Millar, A. 1984

Potencial de matriz (succin) del suelo al cual se debera regar paraobtener las productividades mximas en varios cultivos.

Tabla de pp =fraccin del agua disponible que se puede agotar sin que se produzcan sntomas de estrs hdrico(*) para ETc= 5 mm/da y suelos mediosCorreccin por clima y etapa de desarrolloPara suelos pesados los p de tabla debern redurcirse 5-10%

Determinacin de la lmina de riego1. Determinar el Agua Disponible, por horizonte, hasta la profundidad efectiva de la raz2. Fijar un umbral de riego Depende: - demanda evaporativa- del cultivo- de la etapa de desarrollo del mismo- suelo- ptimo econmico8. Lmina a reponer %A.D.ps x da = mm/10 cm = % A.D.vol %A.D.vol x prof. rad.(cm)/10 = Agua disponible en la prof. rad.(mm) L.N. (mm) = Agua disp. en la prof. rad. x p% L.B.= L.N./ efic. del mtodo de riego

Ejemplo de clculo de lminas 1:Un suelo franco limoso contiene 36% de arena, 12% de arcilla y 52% de limo.Su densidad aparente es de 1,35.Qu lmina de agua debemos agregar hasta los 40 cm de profundidad, si el umbral de riego se ha fijado en 1/3 del AD ?CC %p = 0.023 x 36 + 0.25 x 52 + 0.61 x 12 = 21.15PMP % = 0.001 x 36 + 0.12 x 52 + 0.57 x 12 = 13.12CC = 21.15 x 1.35 = 28.55 mm/10cm (en 40 cm = 114 mm)PMP = 13.12 x 1.35 = 17.7 mm/10cm (en 40 cm = 71 mm)AD = 28.55 17.7 = 10.85 mm/10cm (total: 43 mm)Si el umbral es 1/3 del AD, la lmina de reposicin (riego) ser 2/3 del ADLmina de riego = 43 x 2/3 = 29 mm

Ejemplo de clculo de lminas 2:Definir la lmina de riego para un cultivo de maz; totalmente desarrollado, en un suelo con las siguientes caractersticas:

Se apunta a un 80 % del mximo de rendimiento, por lo tanto no dejo descender el potencial por debajo de 1.6 bars.Para una textura predominantemente franca se corresponde a un agotamiento de 65 % del A.D.

LN = 87 x 0.65 = 57 mm

Ejemplo de clculo de lminas 3:Cultivos: cebolla, papa, mazSuelos: franco arenoso, limoso, arcillo-limoso

MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELOCuando el agua del suelo est en equilibrio, el potencial total en el sistema es constante y, por lo tanto, no hay ningn movimiento de ella en el suelo. El movimiento de agua en el suelo se da cuando las condiciones de equilibrio se rompen y se generan diferencias de potencial entre los diferentes puntos del sistema.Ellos son: La infiltracin y la permeabilidad, esta ltima medida por la conductividad hidrulica.1. INFILTRACINEs la propiedad que evala la velocidad de entrada del agua al suelo. Es un parmetro crtico cuando se estn haciendo diseos de riego, pues ella define cunto tiempo debe permanecer el agua sobre la superficie del suelo para que haya un adecuado humedecimiento, si se trata de riego superficial, o limita los caudales de aplicacin en sistemas de aspersin.

*

Determinacin de la infiltracin del sueloEl mtodo ms utilizado para evaluar la infiltracin en el suelo es el llamado de los anillos infiltrmetros; consiste en colocar en el suelo, en forma concntrica, dos anillos de lmina de hierro con agua y medir la cantidad de agua que penetra en el suelo por unidad de tiempo, hasta que esa rata de entrada se vuelva constante.Con la informacin obtenida se calculan las ecuaciones que caracterizan la infiltracin del suelo: La infiltracin instantnea y la infiltracin acumulada y se determina la infiltracin bsica; las ecuaciones pueden obtenerse de dos maneras:- Ajustando los resultados de tiempo acumulado y de infiltracin instantnea y acumulada a modelos tericos de tipo y = axb, por procedimientos estadsticos de regresin, o - Graficando los mismos resultados en un papel doble logartmico y ajustndolos visualmente a una recta; cortando el eje de las ordenadas, se obtiene el valor del intercepto, el cual define la constante a del modelo terico y calculando la pendiente de la recta se obtiene el valor de la constante b del mismo modelo.

La infiltracin bsica la define Mercado (1989) como aquel valor que adquiere la infiltracin instantnea cuando presenta la tendencia a ser constante; segn la definicin anterior y lo que se ha discutido acerca de la infiltracin instantnea, si se grafican en escala aritmtica el tiempo acumulado vs la infiltracin instantnea, se obtiene una curva de forma hiperblica.

LA CONDUCTIVIDAD HIDRULICA DEL SUELOEsta cualidad es la que define las posibilidades que tiene el agua de moverse dentro del suelo; la propiedad que se mide para evaluar dicha posibilidad se conoce como conductividad hidrulica del suelo y se representa como Ks o simplemente K; por su definicin, es una cualidad que se relacionaestrechamente con el drenaje del suelo.

Interpretacin de la conductividad hidrulica saturada

Para fines de interpretacin de los valores de Ksat que se obtengan, el Soil Suevey Division Staff (SSDS, 1993) Cabe recordar que como la infiltracin bsica del suelo se asimila a la Ksat, la informacin de la tabla mencionada tambin puede utilizarse para interpretar dicha infiltracin.

Clases de conductividad hidrulica del suelo saturado. (Tomadas de SSDS, 1993).

Clases de conductividad hidrulica del suelo saturado. (Tomadas de SSDS, 1993).