Repelencia Al Agua en Suelos (en Andisoles)

8/18/2019 Repelencia Al Agua en Suelos (en Andisoles)

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REPELENCIA AL AGUA ENSUELOS

Con énfasis en Andisoles de Antioquia

DANIEL F. JARAMILLO J.

Profesor Titular

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE GEOCIENCIAS

MEDELLÍN

2004



PRESENTACIÓN

En este documento se hace una amplia revisión bibliográfica de temas relacionados con larepelencia al agua en los suelos. Además, se presentan los resultados de varias investigacionesque se han llevado a cabo para estudiar este fenómeno en Andisoles de la cuenca hidrográfica dela quebrada Piedras Blancas, ubicada en el oriente antioqueño, en cercanías a Medellín.

El documento se ha organizado, para su presentación, en cinco Capítulos. El primero de ellosrecopila la información básica que constituye el marco conceptual y de referencia para el tema atratar.

En el segundo Capítulo se discuten ampliamente el origen y la naturaleza de la repelencia al aguaen el suelo, así como el efecto que tiene la materia orgánica del mismo sobre aquella. En elCapítulo 3 se estudian los métodos que se utilizan para evaluar la repelencia al agua en el suelo,haciendo énfasis en la variabilidad aleatoria, espacial y temporal de este fenómeno y aportandoinformación local para ilustrar dicho comportamiento.

En el Capítulo 4 se hace una revisión amplia acerca de lo que se ha denominado “vías de flujo preferencial” en el suelo: sus causas, propiedades y manifestaciones, así como su relación con larepelencia al agua, sus efectos sobre la hidrología del suelo y el papel que ellas pueden jugar en lacontaminación de aguas subsuperficiales.

En el Capítulo 5 se entregan algunos resultados de trabajos de investigación llevados a cabo conel fin de caracterizar los Andisoles repelentes al agua. Al final del documento se plantean algunos problemas que están por solucionarse en el futuro cercano, para entender el fenómeno de larepelencia al agua en el suelo. Se anexa, además, una extensa lista de bibliografías consultadasque pueden ayudar a quienes se interesen en estos temas a mejorar su conocimiento en ellos.

Se quiere dejar constancia de agradecimiento a los profesionales Alexandra M. Castillo T., JohnSantiago Gómez L., Marco A. Abril R., Bianor A. Ortiz Echeverri y Claudia E. Hoyos E., porhaberme permitido utilizar información básica obtenida por ellos en sus trabajos de investigación.



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2.2.2. LOS MICROORGANISMOS......................................................................................632.2.3. LOS INCENDIOS, QUEMAS Y CALENTAMIENTO..............................................712.2.4. CONTAMINACIÓN CON HIDROCARBUROS.......................................................74

2.3. NATURALEZA DE LOS COMPUESTOS HIDROFÓBICOS EN EL SUELO.............75Solvente......................................................................................................................77

2.4. RELACIÓN REPELENCIA AL AGUA – MATERIA ORGÁNICA................................89

CAPÍTULO 3......................................................................................................... 95 SEVERIDAD, PERSISTENCIA Y VARIABILIDAD DE LA REPELENCIA AL

AGUA EN EL SUELO....................................................................................... 953.1. SEVERIDAD DE LA REPELENCIA AL AGUA.............................................................97

3.1.1. MARCO CONCEPTUAL............................................................................................973.1.2. EVALUACIÓN DE LA SEVERIDAD DE LA REPELENCIA AL AGUA:MÉTODO MED.....................................................................................................................983.1.2.1. Desarrollo y factores que la afectan.........................................................................983.1.2.2. Protocolo para el método MED..............................................................................101

3.1.2.2.1. Condiciones para la determinación .............................................................1013.1.2.2.2. Procedimiento ..............................................................................................102

3.1.2.3. Clasificación de la severidad de la repelencia al agua en el suelo.........................1023.1.2.4. Una variante del MED............................................................................................103

3.2. PERSISTENCIA DE LA REPELENCIA AL AGUA.....................................................1043.2.1. MARCO CONCEPTUAL..........................................................................................1043.2.2. EVALUACIÓN DE LA PERSISTENCIA DE LA REPELENCIA AL AGUA EN ELSUELO: MÉTODO WDPT .................................................................................................1053.2.2.1. Desarrollo y propiedades........................................................................................1053.2.2.2. Procedimientos que se han utilizado frecuentemente ............................................1063.2.2.3. Protocolo ................................................................................................................1063.2.2.4. Clasificación de la persistencia de la repelencia al agua en el suelo......................1073.2.2.5 Una variante del WDPT..........................................................................................108

3.3. VARIABILIDAD DE LAS MEDIDAS DE LA REPELENCIA AL AGUA EN LOS SUELOS...................................................................................................................................108

3.3.1. VARIABILIDAD ALEATORIA...............................................................................1093.3.1.1. Variabilidad aleatoria del MED .............................................................................1093.3.1.2. Variabilidad aleatoria del WDPT...........................................................................110

3.3.1.2.1. Generalidades ..............................................................................................1103.3.1.2.2. Estudio de casos ...........................................................................................114

3.3.1.2.2.1. Caracterización de la persistencia de la repelencia potencial al agua ensuelos provenientes de 4 coberturas vegetales .........................................................1153.3.1.2.2.2. Variabilidad aleatoria de la persistencia de la repelencia potencial al agua..................................................................................................................................1163.3.1.2.2.3. Efecto de la cobertura vegetal en la persistencia de la repelencia potencial al agua.......................................................................................................118



iii

3.3.1.2.2.4. Efecto del tamizado de las muestras sobre la persistencia de la repelencia potencial al agua.......................................................................................................1203.3.1.2.2.5. Efecto del secado y almacenamiento de las muestras a 105 °C durantevarios días seguidos, sobre la persistencia de la repelencia potencial al agua.........1243.3.1.2.2.6. Comparación de la mediana y la media de los valores del WDPT.......1263.3.1.2.2.7. Conclusiones .........................................................................................127

3.3.1.3. Variabilidad aleatoria de las medidas con la solución de etanol al 15%................1283.3.2. VARIABILIDAD ESPACIAL...................................................................................1293.3.2.1. Variabilidad espacial del MED ..............................................................................1293.3.2.2. Variabilidad espacial del WDPT............................................................................1323.3.3. VARIABILIDAD TEMPORAL................................................................................138

CAPÍTULO 4....................................................................................................... 145VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL................................................................. 145

4.1. DEFINICIÓN Y DESARROLLO....................................................................................147 4.1.1. FLUJO EN MACROPOROS.....................................................................................1484.1.2. FLUJO DIGITADO ...................................................................................................1494.1.2.1. Desarrollo...............................................................................................................1494.1.2.2. Propiedades ............................................................................................................152

4.1.2.2.1. Tamaño .........................................................................................................1524.1.2.2.2. Velocidad ......................................................................................................1544.1.2.2.3. Recurrencia ..................................................................................................155

4.2. MECANISMO DE HUMEDECIMIENTO DE UN SUELO REPELENTE AL AGUACON VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL ...........................................................................156

4.2.1. FLUJO DE DISTRIBUCIÓN ....................................................................................1574.2.2. FLUJO VERTICAL...................................................................................................1584.2.3. FLUJO DIVERGENTE..............................................................................................158

4.3. IMPORTANCIA Y EFECTOS DE LAS VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL EN EL SUELO.....................................................................................................................................159

4.3.1. EFECTO SOBRE EL MOVIMIENTO DE AGUA...................................................1594.3.2. EFECTO SOBRE EL MOVIMIENTO DE CONTAMINANTES............................159

4.4. RECONOCIMIENTO DE LAS VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL.........................1604.4.1. EN EL CAMPO .........................................................................................................1604.4.2. CON INFORMACIÓN DE HUMEDAD Y/O DE REPELENCIA AL AGUA........162

CAPÍTULO 5....................................................................................................... 165CARACTERIZACIÓN DE ANDISOLES REPELENTES AL AGUA DE LA

CUENCA DE LA QUEBRADA PIEDRAS BLANCAS.................................. 1655.1. RELACIÓN FERTILIDAD – REPELENCIA DEL SUELO AL AGUA ......................167 5.2. CARACTERIZACIÓN DE LOS ANDISOLES REPELENTES AL AGUA DE LACUENCA DE LA QUEBRADA PIEDRAS BLANCAS ........................................................168

5.2.1. TRABAJOS PREVIOS..............................................................................................168



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5.2.2. NUEVOS TRABAJOS ..............................................................................................1695.2.2.1. Comparación de muestras ......................................................................................169

5.2.2.1.1. Depuración de las bases de datos ................................................................1705.2.2.1.2. Comparación de muestras ............................................................................1705.2.2.1.3. Análisis de tendencias ..................................................................................1715.2.2.1.4. Análisis de variabilidad espacial .................................................................173

5.2.2.2. Con diversas coberturas vegetales..........................................................................1775.2.2.2.1. Análisis univariados generales ....................................................................1785.2.2.2.2. Efecto de las coberturas ...............................................................................1795.2.2.2.3. Relación de la repelencia potencial al agua con otras propiedades del suelo......................................................................................................................................1815.2.2.2.4. Análisis de tendencias ..................................................................................183

SÍNTESIS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................... 185

BIBLIOGRAFÍA................................................................................................. 189



CAPÍTULO 1

MARCO CONCEPTUAL

1.1. EL AGUA..............................................................................................................................31.1.1. PROPIEDADES.............................................................................................................31.1.2. LA TENSIÓN SUPERFICIAL Y EL ÁNGULO DE CONTACTO .............................5

1.2. LA REPELENCIA AL AGUA EN LOS SUELOS............................................................101.2.1. SUELO REPELENTE AL AGUA...............................................................................101.2.2. SUELO HUMECTABLE.............................................................................................111.2.3. ALGUNAS MANIFESTACIONES DE LA REPELENCIA AL AGUA EN ELSUELO...................................................................................................................................111.2.4. ORIGEN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN LOS SUELOS...............................131.2.5. EFECTOS DE LA REPELENCIA AL AGUA SOBRE EL SUELO..........................181.2.6. IMPORTANCIA Y DISTRIBUCIÓN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN EL

SUELO...................................................................................................................................351.2.7. EVALUACIÓN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN LOS SUELOS....................381.2.8. MANEJO DE LA REPELENCIA AL AGUA EN EL SUELO...................................41



1.1. EL AGUA

1.1.1. PROPIEDADES

Aparte de la importancia que tiene como componente de la Tierra, puesto que cubre, segúnTarbuck y Lutgens (1999), aproximadamente el 71% de su superficie, y de ser el principalcomponente de los organismos vivos: representa entre el 80 y el 90% del peso fresco de lasgramíneas y más del 50% del peso fresco de las plantas leñosas (Kramer, 1974), el agua es unasustancia especial por sus propiedades únicas. En la Tabla 1.1 se presentan algunas de ellas y secomparan con las de otros líquidos comunes.

TABLA 1.1. Propiedades físicas del agua y de algunos fluidos comunes, a 20º C. (Tomadas de Restrepo, 2001).

Fluido FórmulaPeso

molecular

(uma)

Densidad(g cm-3)

Punto deebullición

(º C)

Viscosidad(N s m-2)

Tensiónsuperficial

(dina cm-1

)

Momentodipolar

(debye)Agua H2O 18 0.99823 100.0 1.01x10-3 72.9 1.87Acetona CH3COCH3 58 0.79 56.2 0.32x10-3 23.7 2.88Benceno C6H6 78 0.879 80.1 0.65x10-3 28.9 0Etanol C2H5OH 46 0.789 78.5 1.2x10-3 22.3 1.69

Tetraclorurode carbono CCl4 154 1.594 76.5 0.97x10-3 27.0 0

El agua también presenta valores extremadamente altos de calor de vaporización: 540 cal g-1 y decalor de fusión: 80 cal g-1 (Hillel, 1998). Teniendo en cuenta su bajo peso molecular puededecirse que el agua tiene unas propiedades “anómalas”, comparada con otros líquidos comunes ymás pesados que ella. Las propiedades que muestra el agua se deben, fundamentalmente, a suestructura molecular especial, la cual puede verse en la Figura 1.1.

FIGURA 1.1. Estructura molecular del agua. (Con base en Hillel, 1998).

104.5º OXÍGENO

HIDRÓGENO

HIDRÓGENO

POLO -POLO +



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Llama la atención, además, como lo expone Hillel (1998), que el agua se presente en formalíquida a las temperaturas normales, estando compuesta por dos gases y teniendo un pesomolecular tan bajo. Los altos valores que presenta el agua en propiedades como la viscosidad, latensión superficial, el calor de vaporización y el de fusión y el punto de fusión, estándeterminados por las altas fuerzas de cohesión intermoleculares (Kramer, 1974; Hillel, 1998).

De particular importancia en la molécula de agua son los enlaces de hidrógeno. El hidrógenoforma unos enlaces primarios con el oxígeno, para dar origen a la molécula de agua y estasmoléculas, a su vez, se unen entre sí a través del oxígeno con otros enlaces secundarios con elhidrógeno de las moléculas vecinas, formando una especie de retícula que Hillel (1998) reconocecomo un “polímero” de moléculas unidas por hidrógeno.

Los enlaces primarios son más fuertes que los secundarios y todos los enlaces de hidrógeno sonfuertemente direccionales. Además, los enlaces de hidrógeno tienen una longitud específica quedifiere de un tipo de enlace a otro, dependiendo de la geometría estructural y de la distribución delos electrones en la molécula particular. Todo lo anterior pone de manifiesto, entonces, que “losenlaces de hidrógeno se forman y permanecen sólo bajo unas condiciones geométricasespecíficas” (Hillel, 1998).

Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua son resistentes a la reorganización, razón por la cual el agua moja y se pega a superficies y a sustancias que tengan oxígenos expuestos conlos que la molécula de agua pueda formar enlaces de hidrógeno (Kramer, 1974).

Según Hillel (1998), las fuerzas intermoleculares tan altas que se presentan en el agua líquida soncausadas por la polaridad de la molécula, la cual se origina en el arreglo que presentan susátomos: Las uniones H-O-H no son lineales sino que son curvadas, formando un ángulo de 104.5ºentre los hidrógenos, como se aprecia en la Figura 1.1.

El arreglo molecular que se presenta en la Figura 1.1 crea una asimetría eléctrica en la moléculaque lleva a cada átomo a adquirir una carga parcial local, positiva en los hidrógenos y negativa enel oxígeno que, aunque no genera carga neta en ella, sí la convierte en undipolo.

La polaridad de las moléculas de agua es la que hace que ellas se atraigan mutuamente y es la principal razón para que se adsorban rápidamente en superficies sólidas, en coloides y en ioneshidratados, así como, en parte, para que el agua sea un solvente particularmente bueno.

El agua tiene una muy baja capacidad de ionización: Sólo una molécula se encuentra disociada enun litro de agua. Cada que se disocia una molécula, se libera un protón (el hidrógeno) el cual no puede existir solo por lo que inmediatamente se une a una molécula de agua para formar el ión

hidronio (Hillel, 1998). Este comportamiento, principalmente, es el que hace que el agua sea unsolvente tan eficiente:Solvente Universal.

Kramer (1974) destaca otras propiedades del agua que aquí simplemente se enumeran pues tienen poca pertinencia para el estudio de la Hidrofobicidad en el suelo:

Es buen conductor de calor, en comparación con otros líquidos y sólidos no metálicos.



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Es muy transparente a la radiación visible y opaca a las radiaciones de longitud de ondalarga.Se expande al congelarse: el hielo tiene un volumen 10% mayor que el del agua que loformó.

En resumen puede decirse que el agua, en su estado líquido, es un fluido con propiedades únicasy diferentes a las esperadas de acuerdo con su naturaleza, donde su estabilidad y su actividad sela dan las fuerzas de cohesión que presenta y la polaridad que posee, ambas característicasderivadas de la geometría estructural de su molécula.

1.1.2. LA TENSIÓN SUPERFICIAL Y EL ÁNGULO DE CONTACTO

En la Figura 1.2, las moléculas de agua que están en el interior del líquido (marcadas con A)experimentan unas fuerzas de atracción por sus vecinas que tienen igual magnitud pero diferentesdirecciones por lo que la fuerza neta que actúa sobre una molécula en particular es igual a cero. Adiferencia de lo anterior, las moléculas que están en la superficie del líquido (marcadas con B)experimentan fuerzas diferenciales sobre ellas: Adentro, las fuerzas son iguales a las que afectana las otras moléculas pero, en la superficie de la interfase, las fuerzas ejercidas por la fase gaseosason menores, con lo que se genera una componente de fuerza sobre dicha superficie, dirigidahacia el interior del líquido, que reduce el área de esa superficie y la distancia entre las moléculasubicadas en ella.

FIGURA 1.2. Fuerzas que actúan sobre las moléculas de agua en el interior del líquido y en la interfase líquido-gas.

La suma de las fuerzas que actúan en la superficie del líquido es lo que puede definirse como la“tensión superficial” del mismo y representa, como dice Restrepo (2001), la energía requerida para incrementar el área superficial de dicho líquido en una unidad. Doerr et al (2000) expresanque para aumentar la superficie de un líquido se requiere hacer un trabajo cuya magnitud se

A

BSuperficie dellíquido

GAS

LÍQUIDO



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relaciona con su tensión superficial o energía libre superficial, la que para la mayoría de loslíquidos está entre 20 y 40x10-3 N m-1. Estos mismos autores dicen que para sólidos duros esaenergía varía entre 500 y 5000 N m-1.

Para que un líquido moje una superficie sólida, al colocar el líquido sobre la superficie del sólidoaquel se debe esparcir sobre éste y las fuerzas de cohesión entre las moléculas del líquido sondebilitadas pues parte de ellas se transforman en fuerzas de adhesión del líquido hacia el sólidoya que, como dicen Doerr et al (2000), la afinidad o repelencia entre el agua y una superficiesólida se origina en el balance de fuerzas de adhesión y de cohesión que se presenten entre lasmoléculas de agua.

Cuando hay afinidad entre el líquido y el sólido, el líquido se esparce, las fuerzas de adhesiónsuperan a las de cohesión y el líquido moja al sólido; cuando no hay esa afinidad, las fuerzas decohesión son las dominantes y no dejan esparcir el líquido sobre el sólido con lo cual no haymojadura. Cuando el sólido es un medio poroso como el suelo y el líquido es el agua, lainteracción de esos dos componentes se manifiesta en la entrada del agua a través de los poros yla humectación de un determinado volumen del suelo, cuando éste es afín con el agua(hidrofílico) o, en el caso de suelos repelentes al agua, se expresa como la permanencia del aguasobre el suelo con la menor superficie de contacto posible entre ellos. En el caso de colocar unagota de agua sobre la superficie de un suelo repelente al agua, las fuerzas de cohesión en la gota,todas dirigidas hacia el interior de ella, son las que le dan la forma esférica característica queadopta (ver Figura 1.7); en la Figura 1.3 se esquematiza el comportamiento descrito en las dossituaciones expuestas.

FIGURA 1.3. Interacción del suelo con el agua.a. Suelo que tiene afinidad por el agua: El agua entra al suelo y lohumedece en muy poco tiempo.b.. Suelo que no tiene afinidad por el agua: El agua no se esparcesobre el suelo sino que permanece sobre su superficie por largo tiempo y adquiere formas quereducen al máximo el contacto entre los dos componentes.

Poco tiempo

Mucho tiempo

a. Suelo hidrofílico

b. Suelo hidrofóbico



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De acuerdo con lo que se ha expuesto anteriormente, para que el agua se pueda esparcir sobre lasuperficie de un sólido, éste debe tener una energía libre mayor a 72.75x10-3 N m-1, de maneraque pueda vencer las fuerzas de cohesión que ella tiene y la atraiga hacia sí, humedeciéndose.Este requisito lo cumplen los principales minerales del suelo, por lo que ellos son hidrofílicos(Tschapek, citado por Doerr et al, 2000) pero no lo cumplen muchos sólidos orgánicos, comograsas y polímeros, por lo que son hidrofóbicos (Zisman, citado por Doerr et al, 2000).

La tensión superficial se presenta en la interfase de dos fluidos no miscibles (Stephens, 1996) ycasi exclusivamente en la interfase líquido-gas (Hillel, 1998). En la Tabla 1.2 se presentanvalores de tensión superficial de agua a diferentes temperaturas y de agua con otros fluidos.

TABLA 1.2. Tensión en la interfase* de varios fluidos. (Tomada de Stephens, 1996).

Fluidos Tensión en la interfase (dinas cm-1) Temperatura (ºC)Agua-aire 74.22 10Agua-aire 72.75 20Agua-aire 71.18 30Agua-benceno 35.00 20Agua-n – octano 50.80 20Agua-tetracloruro de carbono 45.00 20Agua-tetracloroetileno 45.00 -Solución NaCl (10.46%)-aire 76.05 20Solución NaCl (25.92%)-aire 82.55 20* Stephens (1996) prefiere hablar de “tensión en la interfase” cuando los fluidos involucrados no son unlíquido y aire y reserva la “tensión superficial” para la situación en que los fluidos sí son un líquido y elaire.

En la tabla anterior se observa que al incrementar la temperatura, en el mismo sistema, se reducela tensión superficial en él. También, al utilizar electrolitos en el agua se incrementa la tensiónsuperficial, ya que los iones incrementan las fuerzas de cohesión en la solución. Obsérvese,además, que la adición de solutos orgánicos al agua, reduce su tensión superficial

Cuando se coloca una gota de un líquido sobre la superficie de un sólido se definen 3 interfases,en cada una de las cuales se genera su propia tensión superficial. Aparte de esto, al hacer un cortevertical en el sistema, en el punto en que convergen las tres fases se forman tres ángulos quesuman 360º (ver Figura 1.4). El ángulo que se forma entre el líquido y la superficie del sólido esel que se conoce comoángulo de contacto.

Según Stephens (1996), el ángulo de contacto es un resultado directo de las fuerzas que actúan enla interfase y de la atracción del líquido por el sólido; así mismo, es el reflejo de lahumectabilidad del sólido por el líquido, es decir, de la facilidad con que el líquido se esparcesobre la superficie del sólido. Cuando el ángulo de contacto es igual a cero, la superficie delsólido es perfectamente humectable por el líquido e indica que ella tiene una preferencia absoluta por el líquido sobre el gas. La superficie en la cual el agua exhibe un ángulo de contacto obtusoes una superficie repelente al agua o hidrofóbica (Hillel,1998).



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FIGURA 1.4. Tensión superficial entre varias fases y ángulo de contacto (Con base en Hillel, 1998).

Según Hillel (1998), en la superficie del sólido representado en la Figura 1.4 se cumple lasiguiente relación:

cos LGSLGS [ 1.1 ]

Donde:GS: Tensión en la interfase gas-sólido.SL: Tensión en la interfase sólido-líquido.LG: Tensión en la interfase líquido-gas.: Ángulo de contacto entre las interfases líquido-gas y líquido-sólido en el punto de

confluencia de las tres fases.

La tensión superficial y el ángulo de contacto en el agua, en un medio poroso, se ven reflejadosen lasfuerzas de capilaridad que generan los sólidos del mismo y que actúan, en parte y en el

caso de los suelos, en la retención del agua en él cuando no está saturado. Stephens (1996)expresa dicha relación con la siguiente ecuación:

cm r

cos2 [ 1.2 ]

SÓLIDO

LÍQUIDO

GAS

LG

GS

SL



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Donde:m: Potencial mátrico o fuerza capilar.: Tensión superficial del agua.: Ángulo de contacto entre las interfases líquido-gas y líquido-sólido.

r c: Radio de un tubo capilar que representa el radio de curvatura del menisco que se produce en la interfase agua-aire.

Se mencionó antes que una de las fuerzas que actúan en la retención del agua en el suelo, cuandoéste no está saturado, es la fuerza capilar; la otra fuerza que actúa sobre dicha retención es lafuerza de adsorción, la cual es la resultante de la diferencia entre las fuerzas de atracción y derepulsión que se presentan entre moléculas y iones de diferentes fases al ser puestas en contactosus superficies. La adsorción del agua por el suelo es de naturaleza electrostática, originada por la polaridad de las moléculas de agua que hace que ellas se adhieran a las superficies cargadas delos sólidos y/o de los iones que ya están unidos a ellas (Hillel, 1998). En la Figura 1.5 serepresenta la retención del agua en el suelo debida a las fuerzas analizadas anteriormente.

FIGURA 1.5. Retención del agua en el suelo no saturado. (Con base en Hillel, 1998 y en Stephens, 1996).

En el esquema de la Figura 1.5 es importante notar que el agua adsorbida se presenta en las películas de humedad más delgadas que rodean las partículas sólidas del suelo, mientras que elagua “capilar” se ubica en el espacio poroso del mismo. Estas diferencias también generandiferencias entre la importancia que tienen los dos mecanismos de retención, en relación con lacondición de humedad que tenga el suelo: Si el suelo está seco, la retención del agua se hará más por adsorción mientras que si está mojado, las fuerzas capilares harán un aporte importante a lamagnitud de la retención.

Agua capilar

Agua adsorbida

Sólido



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1.2. LA REPELENCIA AL AGUA EN LOS SUELOS

Un material se considera hidrofóbico o repelente al agua, cuando el agua no se extiende sobre susuperficie, es decir, cuando el ángulo que se forma entre la superficie del agua (interfase agua-aire) y la superficie del sólido (interfase agua-sólido) es mayor o igual a 90º. En la Figura 1.6 serepresenta esquemáticamente la definición anterior y se contrasta con la situación en la que elángulo de contacto es menor a 90º y, por lo tanto, el material es hidrofílico. La Figura 1.7muestra la manifestación de la repelencia al agua en el suelo: Obsérvese que las gotas de agua nose extienden sobre él sino que permanecen recogidas sobre su superficie formando ángulosmayores a 90º.

FIGURA 1.6. Ángulo de contacto entre el sólido y el agua en materiales repelentes y no repelentes al agua.

En el caso de los suelos, la gran mayoría de las veces la repelencia al agua no se manifiesta enforma permanente sino que se presenta estacionalmente, siendo más intensa en las épocas secas,razón por la cual es frecuente hablar de “suelos de difícil humectabilidad” o de “suelosresistentes a la humectación” para referirse a los “suelos repelentes al agua”.

1.2.1. SUELO REPELENTE AL AGUA

Hay varias propuestas para considerar que un suelo es repelente al agua. King (1981) apunta queun suelo arenoso y seco al aire empieza a presentar dificultad para ser humedecido cuando unagota de agua colocada sobre su superficie tarda más de 10 segundos en ser absorbidacompletamente por él.

Otros autores como Roberts y Carbon o Walsh y colaboradores, citados por Doerr et al (2000),han propuesto que se considere el suelo como repelente al agua cuando la gota de agua colocadaen su superficie tarde, respectivamente, más de 1 y más de 60 segundos en ser absorbida.

Finalmente, por conveniencia y sin que haya algún significado físico especial en ello,Richardson, en 1984, citado por Dekker y Jungerius (1990), propuso que el suelo se considererepelente al agua si dicha gota tarda más de 5 segundos en ser absorbida completamente por él. El

Sólido

Agua

Agua

a. Hidrofóbico: > 90º b. No hidrofóbico: < 90º

Sólido



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valor propuesto por Richardson ha sido aceptado y utilizado ampliamente hasta hoy: Dekker(1998), Ritsema (1998), Dekker et al (2000), Dekker y Ritsema (2000), Jaramillo et al (2000),Kostka (2000), Letey et al (2000), Robichaud y Hungerford (2000), Wang et al (2000), Doerr etal (2002a), Jaramillo (2003a), Moral et al (2003), Vanegas (2003), entre otros.

FIGURA 1.7. Expresión de la repelencia al agua en el suelo.

1.2.2. SUELO HUMECTABLE

Como consecuencia de la exposición hecha en los párrafos anteriores, un suelo es humectable ono repelente al agua cuando una gota que se coloque en su superficie es absorbida completamenteen un tiempo menor a 5 segundos.

1.2.3. ALGUNAS MANIFESTACIONES DE LA REPELENCIA AL AGUA EN ELSUELO

En un suelo hidrofóbico, con poros grandes abiertos, el agua puede ocupar parte de ellos e,

inclusive, humedecer completa o parcialmente los agregados que están a su alrededor. En laFigura 1.8 puede apreciarse, a pequeña escala, cómo luego de colocar una gota de agua sobre unamuestra de suelo repelente al agua, seco al aire y cernido por tamiz de 2 mm, parte del líquido sealoja en un poro grande y no fluye a través de él (se ve oscuro y con puntos luminosos-flechasamarillas) y algunos de los agregados a su alrededor se humedecen completamente, mientras queotros lo hacen parcialmente (obsérvese el agregado señalado con la flecha roja). Este

134º



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comportamiento puede generar lo que algunos autores han definido como “repelencia subcríticaal agua” (Hallett et al, 2001), es decir, un humedecimiento lento del suelo.

FIGURA 1.8. Proceso de humedecimiento de un suelo extremadamente repelente al agua, a la escala de agregadosde 2 mm de diámetro máximo. (Foto en estéreomicroscopio con aumento de 2.5x).

A una escala de trabajo mayor, se presentan varias manifestaciones de la repelencia al agua en elsuelo. En la Figura 1.9a se aprecia cómo al observar el suelo en planta, en su superficie se puede

definir un patrón deparches debido a la alternancia de sectores repelentes (secos y de coloresmás claros) con sectores humectables (colores más oscuros debido a la mayor humedad) en elmismo suelo. Patrones similares al que se muestra en esta figura fueron reconocidos ycartografiados en una parcela de 10 x 40 m por Castillo y Gómez (1995), en Andisoles con plantación de Pinus patula y también han sido observados en suelos arenosos de dunas convegetación herbácea (ver Figura 1.10a, la flecha señala un parche húmedo), en Holanda, porDekker (1998).

En la Figura 1.9b, se observa, en cambio, una capa continua repelente al agua (color claro)ubicada en el contacto entre la capa de acículas de pino y la superficie del suelo mineralcorrespondiente al límite superior del horizonte A de un Andisol. En la Figura 1.9c se aprecia unacapa delgada (más o menos 3 cm) repelente al agua en la que abunda micelio fungal blanco en el

interior del horizonte A de un Andisol con cobertura de pino. La Figura 1.9d presenta tambiénmicelio, pero esta vez, en la capa de acículas del pino. Obsérvese un detalle en la Figura 1.9e, enla cual se ve un ped de un Andisol con recubrimiento parcial de micelio blanco extremadamenterepelente al agua.



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La Figura 1.10b muestra otro patrón frecuente en suelos repelentes al agua como es la alternanciade cuerpos de suelo secos repelentes al agua (de color claro) con cuerpos de suelo húmedo (decolor oscuro).

FIGURA 1.9. Algunas manifestaciones de repelencia al agua en Andisoles de la cuenca de la quebrada PiedrasBlancas, bajo plantaciones de pino ( Pinus patula).

Otro rasgo de ocurrencia frecuente en los suelos repelentes al agua es el que se conoce como“patrón o frente de humedecimiento irregular” (Dekker, 1998) que es el que muestran lasFiguras 1.10 c y d.

1.2.4. ORIGEN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN LOS SUELOS

La repelencia al agua en el suelo se debe a la acumulación de ciertos tipos de compuestosorgánicos en él. La fuente por excelencia de dichos compuestos son los vegetales y/o losmicroorganismos, tanto de organismos vivos como de organismos en descomposición. Unacaracterística importante de los compuestos orgánicos que se asocian con la hidrofobicidad es que

a

b

c d e



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no presentan un grado de alteración muy avanzado, es decir, no corresponden con humus propiamente dicho sino que se ubican más bien en el grupo de sus precursores.

Doerr et al (2000) reúnen los compuestos responsables de la repelencia al agua en el suelo en dosgrandes grupos:

El primero, compuesto por hidrocarburos alifáticos que son sustancias formadas porhidrógeno y carbono, con los carbonos distribuidos en cadenas largas. Estos compuestosson no polares y, en consecuencia, son casi insolubles en agua.El segundo grupo está formado por compuestos de estructuraanfifílica, es decir que soncompuestos que tienen una parte terminal polar y otra no-polar. La parte terminal polar eshidrofílica, en tanto que la no-polar es hidrofóbica.

Luego de que se producen los compuestos hidrofóbicos, éstos se deben distribuir en el suelo para poderle imprimir ese carácter de repelente al agua. En la distribución, los compuestos vanrecubriendo total o parcialmente granos, agregados y/o poros, trasmitiéndole al material afectadosu comportamiento hidrofóbico. Al papel de la materia orgánica en la repelencia al agua en elsuelo se dedicará buena parte de próximo un capítulo, por lo que no se profundizará más en eltema en este numeral.

FIGURA 1.10. Algunas manifestaciones de repelencia al agua en suelos arenosos de dunas de Holanda. Las fotos a,c y d, tomadas de Dekker (1998) y foto b, tomada de Ritsema (1998).

a b

c

d



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Un agente no biótico que puede generar repelencia al agua en el suelo es el fuego. DeBano (1981,2000) ha realizado extensas revisiones de literatura y ha mostrado el estado del arte en lo que serelaciona con el fuego y sus efectos sobre la repelencia al agua en el suelo. En las revisionescitadas se pueden destacar los siguientes resultados:

Después de un incendio la repelencia al agua puede manifestarse como una capa discreta,de espesor y continuidad variables, en la superficie del suelo o a unos pocos centímetrosde profundidad en él y paralela a su superficie.

La intensidad del fuego, es decir, las temperaturas alcanzadas y la duración del mismo, lacantidad de materia orgánica fresca (litter) acumulada sobre la superficie del suelo, asícomo la acumulación de productos de la descomposición y del metabolismo de losorganismos que viven en él, determinan el efecto que va a tener el fuego sobre larepelencia al agua del suelo.

El calor producido por la combustión de la capa de litter puede alcanzar entre 850 y1100ºC y vaporizar sustancias orgánicas que son movidas hacia el interior del suelosiguiendo un gradiente de temperatura, hasta que llegan a capas interiores más frías quehacen que se condensen en ellas, generándose la hidrofobicidad.

Con respecto a la relación entre la temperatura y la repelencia al agua en el suelo, se producen muy pequeños cambios en la repelencia al agua cuando el calentamiento se hacea menos de 175ºC; se produce una intensa repelencia cuando el calentamiento se haceentre 175 y 200ºC y con temperaturas entre 280 y 400ºC ocurre la destrucción de casitodos los compuestos hidrofóbicos.

Robichaud y Hungerford (2000) confirmaron, en ensayos de laboratorio y con diferentes tipos desuelos, que al someter los suelos a calentamiento se generan gradientes de temperatura quecontrolan la distribución y ubicación de la repelencia al agua en ellos. Además, encontraron quehay una interacción entre el calentamiento inducido por el fuego, el contenido de agua en el sueloy el tipo de suelo. Advierten que la combustión del litter causó los mayores efectos sobre larepelencia al agua y que el calentamiento de suelos secos no repelentes al agua en condicionesnaturales, puede convertirlos en repelentes.

Doerr et al (1998) encontraron, en suelos de texturas gruesas y con bajo contenido de materiaorgánica, de clima mediterráneo y bajo plantaciones de Pinus pinaster y Eucalyptus globulus,que las quemas realizadas sobre ellos no produjeron cambios sustanciales en las condiciones dehidrofobicidad iniciales, atribuyendo este comportamiento a que la hidrofobicidad original ya eraalta antes de la quema y que, por tanto, los compuestos orgánicos liberados con ella no tuvieron

un efecto detectable sobre la repelencia; añaden, además, que las temperaturas alcanzadas nofueron lo suficientemente altas como para destruir la hidrofobicidad pre-existente. Apuntan, esosí, que la quema de litter de las dos especies mencionadas generó parches extremadamenterepelentes al agua en la superficie del suelo.

Debido a los efectos nocivos que tiene la presencia de materiales hidrofóbicos en el suelo sobremuchas de sus propiedades, como se verá más adelante, así como al hecho de que la repelencia al



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agua puede ser generada fácilmente en el suelo después de una quema que se haga sobre él, esque el Soil Quality Institute (SQI, 2000) del Servicio de Conservación de Recursos Naturales deEstados Unidos de Norteamérica ha recomendado que la hidrofobicidad del suelo sea uno de los parámetros que se tenga en cuenta para evaluar la calidad de este recurso.

No sólo las temperaturas alcanzadas durante un incendio son capaces de alterar elcomportamiento hídrico del suelo. Se sabe que la manifestación de la repelencia al agua tiene un patrón estacional: es de máxima expresión en las épocas secas y es mínima, e incluso puededesaparecer, en las épocas húmedas. Además, según Dekker y Ritsema (2000) la severidad de larepelencia al agua, cuando las muestras se someten a secado, puede estar influenciada por latemperatura de calentamiento durante el proceso de secado.

Jaramillo (2003a) mostró que el secado de las muestras de Andisoles incrementaba el grado derepelencia al agua del suelo, así como el espesor del suelo afectado por ella, al incrementar latemperatura de secado de la condición de campo (aproximadamente 15ºC) a temperaturas de 35 yde 105ºC. En la Figura 1.11 puede verse que el suelo estudiado no presentó repelencia al agua encampo (repelencia real)1 en ningún punto y en ninguna profundidad; sin embargo, cuando fuesometido a secado en laboratorio, a 35ºC (repelencia potencial)2, en todos los sitios de muestreose presentó algún grado de repelencia al agua y cuando las muestras se secaron a 105ºC, prácticamente todo el perfil muestreado (casi 30 cm) del suelo fue extremadamente repelente alagua.

Vanegas (2003) realizó un estudio del efecto de la temperatura de secado de muestras deAndisoles sobre el grado de repelencia al agua que ellas podían desarrollar, sometiendo lasmuestras a secado con temperaturas de 15, 20, 25, 30, 35 y 105ºC y encontró, también, que al irincrementando la temperatura de secado de las muestras, se incrementaba el grado de repelenciaal agua en ellas y el volumen de suelo que se veía afectado por la hidrofobicidad, tanto en suelos bajo cobertura de Pinus patula, como bajo cobertura natural de roble (Quercus humboldtii ),aunque con menor intensidad bajo cobertura natural. Es importante hacer notar que el secado a15ºC fue capaz de generar repelencia al agua en un buen número de muestras, en ambascoberturas, lo que indica que en las épocas secas, cuando las temperaturas ambientalessobrepasan ese valor, los suelos estudiados tienen una alta probabilidad de generar repelencia alagua en condiciones de campo.

El autor de este documento estudió el efecto del secado, a dos temperaturas: 35 y 105ºC, enmuestras de Andisoles tomadas bajo diferentes coberturas: Pinus patula, P. elliottii , Cupresuslusitanica y Quercus homboldtii , encontrando que la intensidad en el grado de repelencia alagua, en general, mostró la tendencia a incrementarse al pasar la temperatura de secado de 35 a105ºC, en todas las coberturas. Este comportamiento puede verse en la gráfica de la Figura 1.12.

1 Repelencia real: Es la medida de la repelencia al agua en el suelo sin que él haya sido sometido a secado, es decir,con la humedad que tenía en el campo (Dekker y Ritsema, 1994b).2 Repelencia potencial: Es la medida de la repelencia al agua en el suelo, después de que él ha sido sometido a algúntipo de secado, bien sea al aire o en el horno a cualquier temperatura (Dekker y Ritsema, 1994b).



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Valor del WDPT en el campo en el transecto 6

Distancia horizontal (cm)

P r o f u n d i d a d ( c m ) Clase de WDPT

1

0 30 60 90 120 150-30-25-20-15-10-50

Valor del WDPT35 en el transecto 6



2345

0 30 60 90 120 150-30-25-20-15-10-50

Valor del WDPT105 en el transecto 6



5

0 30 60 90 120 150-30-25-20-15-10-50

FIGURA 1.11. Distribución espacial de la repelencia al agua en campo y en laboratorio con muestras sometidas ados temperaturas de secado: 35 °C (WDPT35) y 105 °C (WDPT105), en un transecto que fuemuestreado cada 5 cm y en cuatro profundidades, en un Andisol bajo cobertura de Pinus patula.(Las clases de WDPT corresponden a las clases de repelencia propuestas por Dekker y Jungerius,1990). (Tomado de Jaramillo, 2003).



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FIGURA 1.12. Distribución de las clases de repelencia al agua en muestras secadas a 35 y a 105 ºC en Andisoles dela cuenca de la quebrada Piedras Blancas (Antioquia). Las clases de WDPT corresponden a las clasesde repelencia propuestas por Dekker y Jungerius (1990). (Con base en 116 muestras).

1.2.5. EFECTOS DE LA REPELENCIA AL AGUA SOBRE EL SUELO

La presencia de materiales repelentes al agua en el suelo le imprime a éste una serie decomportamientos particulares, sobre todo en lo que tiene que ver con su hidrología y con lasusceptibilidad a la erosión.

1.2.5.1. Contenido de humedad

El hecho de que un suelo manifieste algún grado de repelencia al agua no quiere decir que en esemomento deba estar completamente seco. En la Tabla 1.3 puede apreciarse que el contenido dehumedad que conservan muchas muestras que tienen algún grado de repelencia al agua, despuésde ser sometidas a secado a 35ºC, puede ser bastante alto: Obsérvese que en muestras que fueronsecadas a 35ºC, hubo por lo menos una que, correspondiendo a la clase 4 de WDPT, es decir, quetuvo un WDPT > 3600 segundos, conservó 67.35% de humedad gravimétrica, la cual, con unadensidad aparente de 0.4 Mg m-3, frecuente en estos suelos, equivale a un contenido de humedadvolumétrica de 26.94%.

Al hacer un análisis de comparación de medianas del contenido de humedad gravimétrico(Kruskal y Wallis) por clase de WDPT a las muestras de la Tabla 1.3, se encontraron losresultados que se exponen a continuación:

13%

15%

20%9%

43%

71%

15%

5%

4%

5%

0

1

2

3

4

Clases de WDPT

WDPT 35

WDPT 105



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Con las muestras sin secar, el ordenamiento de las medianas, de menor a mayor, y ladiferencia significativa entre ellas (marcada con el símbolo cuando la hay), fue:

Clase 0 Clase 2 = Clase 1

Con las muestras secadas a 35ºC, los resultados fueron:

Clase 0 = Clase 2 Clase 3 Clase 4 = Clase 1

TABLA 1.3. Contenido de humedad gravimétrica (%) de muestras de Andisoles con diferente grado de repelencia alagua, sin secar y secadas a 35ºC.

Muestras sin secar (n = 804) Muestras secadas a 35ºC (n = 811)Clase deWDPT* Promedio Mediana Máximo Mínimo Promedio Mediana Máximo Mínimo

0 216.36 188.27 771.98 64.05 19.58 16.74 63.84 8.171 300.47 274.95 568.30 198.87 26.01 21.32 64.87 10.502 226.04 243.01 300.11 87.84 21.54 16.67 65.87 10.723 - - - - 20.63 17.95 92.80 7.534 - - - - 21.23 19.34 67.35 7.76

General 221.72 194.77 771.98 64.05 21.13 18.47 92.80 7.53* Clases según Dekker y Jungerius (1990).

En los resultados del análisis de comparación de medianas también se aprecia que no hay unarelación directa entre el grado de repelencia al agua de las muestras y el contenido de humedadque ellas conservan: No son las muestras menos repelentes al agua las que conservan mayorcantidad de humedad.

Doerr et al (2000) reporta varios trabajos en los que se obtuvieron altos valores de humedadalmacenada en suelos repelentes al agua y recopila algunas sugerencias hechas acerca de ciertosmecanismos que podrían explicar esa situación:

El movimiento de agua en forma de vapor se produce libremente en el suelo y puedeayudar a redistribuir la humedad en el interior del mismo, acumulando humedad en loshidrofóbicos.

La presencia de materiales finos hidrofílicos embebidos en el espacio poroso de unamatriz de suelo hidrofóbica puede permitir el humedecimiento parcial del suelo, a la vezque también dichos materiales pueden actuar como núcleos de condensación de vapor deagua.

Algunas partículas hidrofóbicas pueden sufrir transformaciones durante el proceso deadsorción de vapor, permitiendo la entrada de agua al suelo.



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Cuando los suelos repelentes al agua se presentan en zonas climáticamente húmedas, como es elcaso de los Andisoles estudiados en la cuenca de la quebrada Piedras Blancas (Jaramillo et al,2000) y cuando la distribución de la hidrofobicidad se presenta en forma de parches (ver Figura1.9a), los flujos laterales de agua desde las áreas no hidrofóbicas pueden mantener unoscontenidos de humedad relativamente altos en el suelo, a pesar de su hidrofobicidad; estemecanismo de humedecimiento del suelo lo propuso Jaramillo (1992) y podría explicar, además, parte de los resultados que se muestran en la Tabla 1.3.

Dekker y Ritsema (1994b, 1995) en varios tipos de suelos de Holanda observaron que, a pesar deque ellos presentaban repelencia al agua, conservaban contenidos importantes de humedadteniendo en cuenta las texturas y los contenidos de materia orgánica que poseían. Encontraronque los contenidos de humedad tenían una alta variabilidad espacial, tanto superficial como en profundidad, así como una apreciable variabilidad estacional. Pese a lo anterior, ellos pudierondefinir un “contenido crítico de humedad” para que se presentara repelencia al agua real en elsuelo.

El contenido crítico de humedad fue definido como aquel contenido de humedad que presenta elsuelo, por debajo del cual se manifiesta repelente al agua y por encima del cual es humectable.Dekker y Ritsema (1994b, 1995) definieron el contenido de humedad crítico para dos suelosholandeses, a diferentes profundidades y en diferentes épocas y los resultados obtenidos puedenverse en la Tabla 1.4

TABLA 1.4. Contenido crítico de humedad de dos suelos holandeses en diferentes épocas de muestreo y en varias profundidades; ambos contenidos son volumétricos (Resultados de Dekker y Ritsema, 1994b, 1995).

Suelo Profundidad (cm) Contenido de humedadcrítico (% vol) Fecha de muestreo

0 - 5 40.0010 - 15 24.0020 - 25 20.0030 - 35 20.00

Octubre 21 de 1992

0 - 5 50.0010 - 15 25.0020 - 25 20.00

Typic Fluvaquent mésicofranco limoso

30 - 35 20.00

Enero 15 de 1993

5 - 10 4.7515 - 20 3.0025 - 30 2.5035 - 40 2.00

Typic Psammaquentmésico

45 - 50 1.75

Agosto 30 de 1988

Los resultados expuestos en la tabla anterior indican que hay una relación importante entre elcomportamiento de la humedad de los suelos estudiados y su textura, tal como ocurre en lossuelos que no tienen repelencia al agua: Obsérvese que la humedad crítica en el suelo arenoso esmucho menor que la del suelo franco limoso.



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Moral et al (2003) estudiaron problemas hidrológicos en varios suelos arenosos con repelencia alagua en el Parque Natural de Doñana, al sur de la península Ibérica. Hicieron ensayos deinfiltración en campo y en laboratorio con ayuda de infiltrómetros de succión, con tiempo límitede duración para la prueba de 20 minutos, dada la textura gruesa que presentaban los suelos.Utilizaron agua y etanol para hacer las pruebas de infiltración.

En la Figura 1.13 se observan algunos de los resultados obtenidos por Moral et al (2003), enlaboratorio. Puede verse que en el suelo humectable, con agua y con etanol se obtienen prácticamente las mismas curvas de infiltración en cada muestra, para el tiempo de observaciónutilizado; en cambio, cuando los suelos fueron repelentes al agua, hay una marcadadiferenciación entre las curvas que se consiguen con etanol y las que se consiguen con agua.

Figura 1.13. Curvas de infiltración obtenidas en laboratorio con diferentes muestras, empleando agua (símbolosnegros) y etanol (símbolos blancos) como líquidos infiltrantes.a. En suelo no repelente al agua.b.En suelo repelente al agua. (Tomadas de Moral et al, 2003).

Nótese en la Figura 1.13b que con etanol las curvas presentan un comportamiento similar al delagua en el suelo no repelente a ella: Rápidamente empieza a mostrar la tendencia a volverseasintótica y a estabilizarse, en cambio, con agua, terminado el tiempo de la prueba, la curva deinfiltración todavía está en su fase ascendente y muy lejos del tope que está poniendo la curva deletanol. Téngase en cuenta que el etanol no se ve afectado por la presencia de repelencia al aguaen el suelo, puesto que él humedece el suelo con un ángulo de contacto igual a cero, como lodemostraron Letey et al (1962a).

DeBano (1971) estudió el efecto de la repelencia al agua sobre el avance del frente dehumedecimiento en columnas de suelo de textura gruesa, colocadas horizontalmente; encontróque dicho frente se movió 25 veces más rápido en la columna que contenía suelo humectable queen la que tenía el suelo repelente al agua. Además, observó que la diferencia en el contenido de

a b



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humedad entre el punto de contacto del suelo con la fuente de agua y el frente dehumedecimiento varió entre 20 y 25%, en el suelo repelente, mientras que en el humectable sólovarió alrededor del 10%, aparte de que el suelo repelente al agua presentó un frente dehumedecimiento muy mal definido: el agua no mojó este suelo en forma homogénea.

Wallis et al (1990a) también encontraron grandes diferencias entre la rata de infiltración quemostraron dos sitios que tenían suelos arenosos con diferentes grados de repelencia al agua: elsitio menos repelente tuvo una rata de infiltración, en una prueba de 10 minutos de duración,equivalente a 204 mm h-1, mientras que en el más repelente dicha rata fue de sólo 36.6 mm h-1,valores promedios de tres replicaciones por sitio.

1.2.5.3. Escorrentía y erosión

Obviamente, el hecho de retardar la velocidad de entrada del agua al suelo, en un terreno cuyasuperficie tenga algún gradiente de pendiente, puede llevar a que la rata de aporte de aguasobrepase la rata de infiltración que se está alcanzando y a que se genere un excedente dehumedad que empezará a fluir por encima de la superficie del suelo. Si el gradiente de pendienteno se tiene, se presentará un encharcamiento del terreno.

El desarrollo de escorrentía puede verse afectado por la distribución de la repelencia al agua en elterreno. En la Figura 1.14 se puede apreciar, en primer lugar, la configuración general del relievede la cuenca de la quebrada Piedras Blancas y, en las fotografías acompañantes, algunos detallesde las condiciones topográficas frecuentes en los lotes sembrados con Pinus patula en dichacuenca.

En la Figura 1.14 se ve que las condiciones topográficas de la cuenca mencionada son favorablesal desarrollo de escorrentía, si el aporte de agua se hace a una velocidad mayor que la rata deinfiltración del suelo. Sin embargo, a pesar de que hay un fenómeno de repelencia al agua deconsiderable extensión e intensidad en ella (Jaramillo, 1992) y de que su clima es húmedo(Duque, 1993), la escorrentía no se presenta como la manifestación hidrológica más frecuente enlas plantaciones de pino, hecho que puede deberse a (1): que las lluvias, normalmente, no sontorrenciales (Giraldo, 1992); (2): que la hidrofobicidad se presenta, predominantemente, en formade parches pequeños, lo que permite la entrada del agua por los cuerpos de suelo no repelentes aella y su posterior redistribución al interior del suelo mediante el flujo lateral subsuperficial,como lo sugirió Jaramillo (1992) y/o (3): que los Andisoles no repelentes al agua de esta cuencatienen una abundante cantidad de macro poros que actúan como vías de flujo preferencial quemovilizan rápidamente grandes volúmenes de agua (ver Capítulo 4).

Costantini et al (1995) también observaron que las condiciones superficiales del suelo controlan,

en parte, la expresión de la escorrentía en él. La presencia de un micro-relieve irregular y/o decapas espesas de litter, incrementan el almacenamiento superficial de agua y retrasan la aparicióny alargan la duración de la escorrentía.

En un estudio de simulación de lluvia con suelos de textura gruesa, en la replicación que presentóel micro-relieve más irregular y la capa de litter más espesa, la escorrentía se prolongó por 5minutos más después de que terminó la lluvia y aportó el 18% del total de la escorrentía de la



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parcela experimental, mientras que en la replicación que presentó el micro-relieve más regular yuna capa de litter no tan gruesa, la escorrentía se prolongó por 3 minutos más, después determinada la lluvia y sólo aportó el 7% de la escorrentía total de la parcela (Costantini et al,1995).

FIGURA 1.14. Vista panorámica parcial de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas y condiciones topográficasfrecuentes en ella, en lotes con Andisoles repelentes al agua, bajo plantaciones de Pinus patula.

Moral et al (2003) aplicaron la metodología descrita por Wallis et al (1991) para calcular elíndice de repelencia de los suelos que utilizaron en el estudio de la Figura 1.13 y con estosresultados establecieron el valor de la infiltración potencial que deberían presentar dichos suelos,mediante la siguiente ecuación:

IR x IAM IP [ 1.3 ]



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Donde:IP: Infiltración potencial con base en 20 minutos de observación (mm).IAM: Infiltración acumulada media durante 20 minutos (mm).IR: Índice de repelencia (ver Fórmula 1.7).

En términos prácticos, la infiltración potencial puede definirse como “la infiltración que debería presentar el suelo, si no fuera repelente al agua, durante un período de tiempo de observacióndado”. Con los criterios expuestos, Moral et al (2003) encontraron resultados como los que se presentan en la Tabla 1.5.

TABLA 1.5. Infiltración acumulada e infiltración potencial en un tiempo de 20 minutos en suelos arenososrepelentes al agua del Parque Natural Doñana, España. (Tomados de Moral et al, 2003).

Infiltración Media Acumulada (mm) Infiltración Potencial (mm)En campo En laboratorio En campo En laboratorio

3.24 0.45 16.49 6.54

Los resultados de la Tabla 1.5 presentan claramente el efecto que está produciendo la repelenciaal agua sobre el comportamiento hidrológico de los suelos estudiados: Los suelos no estáncaptando la cantidad de agua que les permitiría su condición textural y están dejando un granexcedente de agua en su superficie que se convierte en escorrentía y que, como ilustran Moral etal (2003), inducen severas manifestaciones de erosión en el terreno estudiado.

Con respecto a la erosión, aunque se acepta el hecho de que la repelencia al agua puedefavorecerla, Shakesby et al (2000) han identificado tres aspectos que hacen difícil el estudio yentendimiento de la relación hidrofobicidad-erosión:

1. Cuando la repelencia al agua está presente, su influencia rara vez es aislada de lainfluencia de otros posibles factores y cuantificada.

2. No es claro si las medidas puntuales de la hidrofobicidad son importantes a la hora deexplicar las pérdidas de suelo en áreas de tamaños y propiedades variables: efecto de laescala de trabajo.

3. La hidrofobicidad es usualmente transitoria, pudiendo desaparecer durante períodosimportantes de tiempo, cuando el suelo está sometido a humedecimiento intenso: duranteestos períodos la relación hidrofobicidad-erosión no se puede estudiar: se pierdecontinuidad en las evaluaciones y se dificultan los estudios a largo plazo.

Con el fin de aclarar algunos aspectos de la relación hidrofobicidad-erosión, los autoresmencionados en el párrafo anterior establecieron parcelas experimentales de diferentes tamañosen lotes bajo cobertura de pino ( Pinus pinaster ) y de eucalipto ( Eucalyptus globulus), con pendientes comprendidas entre 14 y 22%; algunos sitios habían sufrido incendios fuertes dosaños atrás mientras que otros no. Sometieron las parcelas a simulación de lluvia y midieron las pérdidas de suelo, la cantidad de escorrentía producida y la cantidad de sedimentos en suspensióndurante varios períodos de tiempo.



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Una forma en que Shakesby et al (2000) observaron que la hidrofobicidad sí era un factor activoen la erosión de los suelos que sufrieron quema, fue en el incremento en el aporte de sedimentossusceptibles de ser transportados por los flujos de agua superficiales que se dio en ellos: eldesprendimiento de partículas por salpicadura (“splash”) en el simulador de lluvia fue 85 y 59%mayor, en promedio, en el suelo fuertemente repelente al agua (WDPT > 3600 s) que en suequivalente hidrofílico, al compararlos en pendientes horizontal y de 15º, respectivamente. En laTabla 1.6 puede apreciarse dicho comportamiento.

TABLA 1.6. Cantidad de partículas desprendidas por salpicadura (“splash”) en un simulador de lluvia, en suelosrepelentes y no repelentes al agua de Portugal, sometidos a diferentes intensidades de lluvia y con dosgradientes de pendiente. (Datos tomados de Shakesby et al, 2000).

Rata de desprendimiento porsalpicadura (g mm-1)*Pendiente

Lámina deagua

aplicada(mm)

Tiempo deaplicación

(min) Suelohidrofóbico

Suelohidrofílico

Relación de las tasasde desprendimiento

entre sueloshidrofóbico/hidrofílico

3.5 10 0.333 0.169 1.973.9 10 0.436 0.254 1.724.1 10 0.769 0.434 1.7710.0 20 0.362 0.189 1.92

Horizontal

1.85 Promedio4.4 15 0.418 0.253 1.654.4 15 0.316 0.230 1.377.7 20 0.385 0.280 1.387.7 20 0.433 0.223 1.94

15º

1.59 Promedio* Gramos de material desprendido por milímetro de lámina de agua aplicado.

Como puede verse en la tabla anterior, en el suelo hidrofóbico siempre hay mayor cantidad dematerial desprendido por salpicadura (“splash”) disponible para que sea arrastrado por las aguasde escorrentía, cuando ésta se genera. Los autores del trabajo observaron que el suelo hidrofílicose humedecía y se sellaba rápidamente, impidiendo la salpicadura, mientras que el hidrofóbico permanecía seco, no sellaba y, por tanto, era sometido a desprendimiento de partículas por mástiempo, aún cuando se alcanzaba a formar una película de agua sobre él, lo que explica elcomportamiento observado.

Shakesby et al (2000) llaman la atención acerca de que la magnitud del efecto que pueda tener lahidrofobicidad sobre la erosión en el suelo, depende fuertemente de la continuidad que tenga larepelencia al agua. Dicha continuidad afecta el tamaño del área de muestreo, la interpretación quese haga de los resultados de la evaluación de parámetros relacionados con la susceptibilidad del

suelo a la erosión y la relación que se pueda establecer entre ésta y la hidrofobicidad.En la Tabla 1.7 pueden verse algunos de los resultados obtenidos por Shakesby et al (2000)cuando evaluaron la magnitud del flujo superficial de agua que se producía en suelos de Portugal,con cobertura de Pinus pinaster , que habían sido quemados en 1991, después de variosaguaceros, en parcelas de diferente tamaño.



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TABLA 1.7. Flujo superficial producido en suelos afectados por incendios en 1991, medidos en el verano de 1993en parcelas de dos tamaños. (Tomados de Shakesby et al, 2000).

Tamaño de la parcela Replicación Aguacero (mm) Flujo superficial (mm)1 32.8 8.12 34.5 6.51 m2 (1m x 1m)3 39.5 2.11 30.8 1.02 30.8 2.03 30.8 3.24 30.8 1.95 30.8 1.6

16 m2 (8m x 2m)

6 30.8 1.2

En la tabla anterior se observa que al medir el flujo superficial que se produce después de un

aguacero, el área de muestreo genera diferencias importantes en los resultados. Parte de lasdiferencias anotadas, sobre todo aquellas en donde el tamaño de la parcela y la lámina de aguarecibida son iguales, se pueden deber a la distribución de la hidrofobicidad en el terreno. Como loseñalan Shakesby et al (2000), en parcelas grandes se pueden involucrar vías de flujo preferencialque captan parte de ese flujo superficial y lo transportan al interior del suelo, interrumpiendo lacontinuidad en la hidrofobicidad, por lo que en ellas dicho flujo puede tener valores muchomenores que en parcelas más pequeñas.

De acuerdo con Shakesby et al (2000), la presencia de grietas, huecos, madrigueras, canales deraíces, macro poros y/o parches no hidrofóbicos pueden ser vías importantes de infiltración deagua en el suelo y, junto con la distribución de la vegetación en el terreno, son característicascríticas a la hora de definir el riesgo de erosión en suelos repelentes al agua. A estos aspectoscabe agregarle el espesor de la capa de litter que se haya acumulado sobre el suelo pues, como loobservó Jaramillo (1992), en ella puede acumularse una buena cantidad de agua que, luego de untiempo prolongado de contacto con el suelo hidrofóbico, puede cambiar su ángulo de contacto ogenerar una cabeza hidráulica suficiente y penetrar en él.

Además, una capa de litter espesa es un disipador excelente de la energía con que llegan las gotasde lluvia al suelo y, como ya se mencionó, los suelos hidrofóbicos son fácilmente disgregables por ellas; este aspecto puede ser una de las causas por las cuales, a pesar de que en los Andisolesrepelentes al agua estudiados en la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, Jaramillo (2001a)encontró que el tamaño de los agregados se reduce con la hidrofobicidad, no observó aporteimportante de material sólido a los flujos superficiales ni a las corrientes de agua en ella, comotampoco una erosión actual significativa; en la Figura 1.15 se puede apreciar una capa de litterfrecuente en los suelos bajo cobertura de Pinus patula de la mencionada cuenca; el espesor promedio obtenido con 76 muestras fue de 18.92 cm, con fluctuaciones entre 9 cm y 32 cm(Jaramillo, 1996a).

Jungerius y Dekker (1990) también enfatizan en la idea de que la eficiencia del desprendimientode partículas del suelo por el golpe de las gotas de lluvia (“splash”) depende mucho de lacobertura que haga la vegetación en él, así como de la resistencia que ofrezca la superficie del



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suelo, la cual depende, a su vez y entre otras características, de la presencia de materia orgánicaviva y muerta sobre y entre las partículas del suelo.

FIGURA 1.15. Espesor de la capa de litter (acículas) que se acumula frecuentemente sobre Andisoles de la cuencade la quebrada Piedras Blancas, bajo cobertura de Pinus patula. Nótese, además, la alta cantidadde raíces finas superficiales de estos árboles.

Jungerius y Dekker (1990) encontraron que en dunas costeras de arena de Holanda y Alemania se presentaba una interacción entre la lluvia y el viento, capaz de producir erosión en ellas. Hacenreferencia al fenómeno que Rutin, en 1983, llamó “splash drift”, que depende de la fuerza delviento durante un aguacero y que consiste en transportar partículas de suelo que han sidodesprendidas por las gotas de lluvia, con una corriente fuerte de viento actuando al mismotiempo.

Dekker y Ritsema (1994a) documentan la formación de columnas, conos y otras formas de arenaen dunas de Holanda y asocian su formación a la presencia de vías de flujo preferencial en ellas,generadas por cuerpos repelentes al agua alternando con suelo humectable. Esta manifestación deerosión eólica se produce cuando corrientes fuertes de viento soplan sobre una superficie quetiene unos cuerpos de suelo húmedos, más pesados y difíciles de mover, alternando con cuerpossecos, más livianos y menos resistentes al transporte. Los materiales secos son arrastrados por elviento y los húmedos se quedan en su sitio, sobresaliendo de la superficie como columnas, conos,etc.

1.2.5.4. Estructura del suelo

Varios autores, en sus libros, citan trabajos en los que se ha considerado que la presencia decompuestos repelentes al agua contribuye, de alguna manera, al desarrollo de la estructura delsuelo. Baver et al (1973) y Porta et al (1994) plantean, como consecuencia de la revisión quehacen, la posibilidad de que la presencia de ceras, grasas y resinas impidan la disgregación de losagregados y aumenten así su estabilidad, al hacerlos impermeables al agua.



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Hillel (1998) destaca que uno de los mecanismos que puede ayudar en la formación yestabilización de la estructura del suelo consiste en que la cementación se produzca conmateriales orgánicos que reduzcan la humectación de los agregados, actividad que llevan a cabolos compuestos hidrofóbicos.

DeBano (1981) cita varias investigaciones hechas en los años 60’s y 70’s, de las que se concluyóque, efectivamente, la presencia de compuestos orgánicos repelentes al agua en el suelo aumentósu grado de agregación y su estabilidad estructural. Cita, además, el trabajo de Coughlan et al(1973) en el que los autores observaron que la estabilización de los agregados de un suelo dereacción básica (Krasnozem) obedecía a mecanismos diferentes, dependiendo del tamaño de losagregados formados:

Las propiedades relacionadas con la reacción del suelo fueron importantes en laestabilización de agregados de diámetro < 0.5 mm.Las propiedades hidrofóbicas de la materia orgánica determinaron la estabilización de losagregados con diámetros entre 0.5 y 5 mm.Los agregados con diámetro > 5 mm fueron estabilizados mejor por las raíces de las plantas.

Giovannini et al (1983) sometieron algunas muestras de suelo repelente al agua (Luvisol gleicvertic, franco arcilloso) de Italia, bajo cobertura de pastos, a extracción selectiva con benceno ycon una mezcla de acetilacetona en benceno. El benceno extrajo sustancias orgánicashidrofóbicas y la mezcla extrajo, además de las anteriores, cementantes órgano-metálicos de Fe yAl. Cuando los extractos fueron aplicados a partículas de arena silicatada completamentehumectables, se transformaron en repelentes al agua, mostrándose el carácter hidrofóbico deellos. Las muestras de suelo repelente al agua, después de haber sido sometidas a lasextracciones, redujeron el valor del índice de estabilidad estructural utilizado hasta en 20% con benceno y hasta 40% con la mezcla, en comparación con los índices obtenidos en muestras queno fueron sometidas a extracción, demostrándose el efecto estabilizador de la estructura en estossuelos por los cementantes extraídos.

A pesar de las evidencias presentadas anteriormente, Jaramillo (1992) observó que una buenacantidad de los parches de los Andisoles repelentes al agua que trabajó en la cuenca de laquebrada Piedras Blancas se presentaban muy polvorientos en seco y con estructura pocodesarrollada y de tamaño fino, en húmedo, situación que lo llevó a pensar en que se estaba presentando un deterioro de la estructura de estos suelos cuando aparecía la repelencia al agua enellos.

Bisdom et al (1993) encontraron relaciones interesantes entre la estructura del suelo, a niveles de

macro y micro estructura, y el grado de repelencia del suelo al agua, siendo la materia orgánicauno de los componentes fundamentales en ellas. Encontraron, además, que la repelencia al aguase manifestaba de manera diferente en las distintas fracciones de tamaño de agregados quesepararon, siendo más intensa en los agregados más finos (menores de 53m de diámetro),comportamiento observado también por Mataix-Solera y Doerr (2004) en suelos calcáreos,afectados por incendios forestales, del suroeste de España.



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Los comportamientos descritos en los párrafos anteriores llevaron a hacer un estudio másdetallado acerca de la relación de la repelencia al agua en los Andisoles con su estructura(Jaramillo, 1996a). En el trabajo citado se tomaron 21 muestras de Andisoles de la cuencahidrográfica alta de la quebrada Piedras Blancas: 16 muestras fueron extremadamente repelentesal agua (WDPT > 3600 s), 4 muestras fueron severamente repelentes al agua (WDPT entre 600 y3600 s) y 1 no fue repelente al agua (WDPT < 5 s), según evaluaciones de Jaramillo (1992,1996a). Dieciocho (18) de las muestras fueron tomadas en suelos bajo cobertura de Pinus patulay 3 bajo cobertura de Cupressus lusitanica, codificadas estas últimas como PBC. Todas lasmuestras se dejaron secar al aire, sin disturbarlas y a todas se les determinó el grado dehidrofobicidad por el método WDPT en esa condición de humedad.

Las muestras secas al aire (más de 150 g) se sometieron a un cernido suave, en seco, durante 1minuto, a través de un tándem de tamices con aberturas de 5-2-1-0.5-0.25 y 0.1 mm de diámetro, para recolectar las fracciones de tamaño de agregados comprendidas entre los rangos: >5, 5 a 2, 2a 1, 1 a 0.5, 0.5 a 0.25, 0.25 a 0.1 y < 0.1 mm; en cada fracción separada, se pesó el materialretenido en el tamiz respectivo y se calculó el porcentaje representado por él, dentro de toda lamuestra, con base en peso seco al horno.

Con los resultados de distribución de agregados en seco se hicieron algunas agrupaciones ycálculos que permitieran visualizar mejor lo que estaba pasando con la estructura de los suelostrabajados. Se definieron los siguientes índices y grupos de agregados:

Adición porcentual de las fracciones separadas.Diámetro medio estimado (DME), es decir, el diámetro correspondiente al 50% deagregados acumulados determinado en una gráfica de distribución acumulada deagregados vs tamaño de agregados (ver Figura 1.16).Porcentaje de agregados de tamaño menor a 0.5 mm de diámetro (PCC).Porcentaje de micro agregados de tamaño menor a 0.25 mm de diámetro (PMA).Porcentaje de agregados mayores de 2 mm (PAMD).

Los resultados obtenidos en el trabajo mencionado anteriormente se resumen en la Tabla 1.8 y enla Figura 1.16. En los índices de la Tabla 1.8 se aprecia que, en efecto, parece presentarsedegradación estructural en los suelos repelentes al agua estudiados. El DME es, en general, bajo ysólo en 5 muestras tuvo valores mayores a 2 mm; este parámetro tuvo los valores más altos enaquellas muestras que presentaron el menor grado de repelencia al agua.

Se observa que el DME en seco, determinado en el trabajo citado concuerda con las estimacionesde tamaño de la estructura realizadas en campo para la mayoría de las muestras trabajadas porJaramillo (1992): estructura migajosa fina a muy fina (tamaños entre 1 y 2 y menores de 1 mm),

hecho que coincide con el concepto de Chepil (1962) de que este índice es un buen estimador dela estructura de campo del suelo.

El porcentaje de agregados menores de 0.5 mm y de 0.25 mm de diámetro (PCC y PMA,respectivamente) puede considerarse relativamente alto, en vista de que los resultados presentados se obtuvieron mediante tamizado en seco, que no es tan destructivo como eltamizado en húmedo. Teniendo en cuenta las consideraciones anotadas, puede decirse que los



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Andisoles repelentes al agua analizados presentan una degradación de su estructura, que puedeestar entre media y muy alta, en la mayoría de los casos.

TABLA 1.8. Grado de repelencia al agua y algunos índices de estructuración de Andisoles de la cuenca de laquebrada Piedras Blancas. (Tomados de Jaramillo, 1996a, 2001a).

MUESTRA WDPT (s)* MED (M)** DME (mm) PCC (%) PMA (%) PAMD (%)M1-1 >10800 5.2 1.50 28.04 22.67 42.71L4 >10800 5.2 0.60 45.49 37.67 24.26B2-1 >10800 5.2 0.96 37.27 30.23 37.15P1-1 >10800 5.2 0.19 69.15 59.23 6.86L5 >10800 5.2 1.60 24.85 19.35 45.18G2-3 >10800 5.2 0.39 54.24 44.31 19.18R7-2 >10800 5.0 0.51 48.35 38.00 17.04R1-3 >10800 5.2 2.10 22.44 18.68 52.94R3-4 >10800 5.0 0.30 58.30 48.11 14.52R4-1 >10800 5.2 0.96 34.56 29.50 41.25M2-2 >10800 5.2 0.34 54.80 46.35 16.59R3-2 >10800 4.8 1.10 34.07 26.29 31.29R6-1 >10800 5.2 1.50 29.69 23.79 42.40S1-3b >10800 3.8 3.00 11.06 8.64 71.01PBC1-1 >3600+ 2.0 1.60 32.61 26.19 43.18PBC1-2 >1800+ 1.8 - 2.16 1.56 92.93R6 –2 9420 5.2 0.74 40.43 32.39 26.07PBT1 2795+ 4.0 2.80 16.49 12.07 58.53S1-9 1824 3.4 1.50 27.57 18.54 39.79M1-3 1152 4.2 3.60 16.10 12.75 69.34PBC2 3+ 0.0 3.90 9.39 6.22 65.18

* Valores que no están marcados, tomados de Jaramillo (1992) y los marcados de Jaramillo (1996a,2001a).** Valores tomados de Jaramillo (1996a, 2001a).

El deterioro planteado puede sustentarse al observar los índices de agregación (porcentaje deagregados de tamaño mayor a 0.5 mm, en húmedo) reportados para horizontes A de Andisoles devarias regiones de Colombia, los cuales varían entre 60 y 97 %, con predominio de valoressuperiores a 88 % (Fajardo y Gutiérrez, 1984; Suárez et al, 1984; Montenegro y Malagón, 1990);además, Rivera y Gómez (1991) encontraron valores de PCC entre 1.8 y 7.8 % para éste mismotipo de suelos; como se observa, a pesar de la subestimación del PCC que implica el tamizado enseco, los valores obtenidos para este índice con Andisoles repelentes al agua, están bastante lejosde los valores que se obtienen con Andisoles normales, hecho que confirma que hay unadegradación estructural en los materiales mencionados, en lo referente al tamaño de los

agregados.Las gráficas expuestas en la Figura 1.16 también confirman lo que se ha dicho con base en losíndices calculados. Obsérvese que en la mayor parte de las muestras se tiene más de 40% de losagregados con tamaños menores a 1.5 mm de diámetro.



32 F I G U R A 1 . 1 6 . C u r v a s

d e a d i c i ó n p o r c e n t u a l

d e l a d i s t r i b u c i ó n

d e l o s a g r e g a d o s s e c o s a l a i r e

d e A n d i s o l e s r e p e l e n t e s a l a g u a

d e l a c u e n c a d e

l a q u e b r a d a

P i e d r a s B l a n c a s , e l a b o r a d a s c o n

b a s e e n

d a t o s d e J a r a m i l l o ( 1 9 9 6 a , 2 0 0 1 a ) .

0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0

1 2 0

0 . 0 5

0 . 1 7 5

0 . 3 7 5

0 . 7 5

1 . 5

3 . 5

> 5

D i á m e t r o p r o m e d i o

d e l a g r e g a d o ( m m

)

P o r c e n t a j e

M 1 - 1

L 4 B 2 - 1 P 1 - 1

L 5 G 2 - 3

R 7 - 2 R 1 - 3

R 3 - 4 R 4 - 1

R 3 - 2 R 6 - 1

S 1 - 3 b

P B C 1 - 1

P B C 1 - 2

R 6 - 2 P B T 1

S 1 - 9 M 1 - 3

P B C 2



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Con base en las evidencias presentadas en los apartes anteriores, puede decirse que la repelenciaal agua está induciendo procesos de degradación de la estructura en estos suelos, en el sentido deque va reduciendo el tamaño dominante de sus agregados. Esta hipótesis la sustentan variasobservaciones:

En condiciones de campo predominan ampliamente los tamaños finos y muy finos deagregados en los suelos repelentes al agua (Jaramillo, 1992).Los Andisoles, por efecto del secado, sufren alteraciones irreversibles en su estructura(Warkentin et al, 1988; Warkentin, 1992; Maeda y Soma, 1992).El principal papel de los recubrimientos hidrofóbicos en el suelo es impedir la entrada deagua a los peds (Baver et al, 1973; Giovannini et al, 1983).

Con las consideraciones anteriores Jaramillo (1996a) propuso el siguiente modelo de evoluciónde la estructura en los horizontes superficiales de Andisoles, cuando son colocados en contactocon una fuente de compuestos hidrofóbicos:

Se tiene inicialmente un material con agregados relativamente grandes en el suelo; estosagregados están unidos con materia orgánica y cationes polivalentes, ayudados pormicroorganismos, principalmente hongos.Al adicionar la materia orgánica productora de compuestos hidrofóbicos, estoscompuestos se empiezan a depositar sobre las superficies de los agregados, en forma de películas discontinuas, como fue observado en dicho trabajo.Los procesos de humedecimiento y secamiento naturales del suelo van fijando en losagregados, cada vez con más fuerza, estos compuestos hidrofóbicos.Al pasar el tiempo, los recubrimientos se van haciendo más gruesos y, por tanto, máseficientes en impedir la entrada de agua a los peds.Debido a lo anterior, los microagregados que están en contacto con los recubrimientosempiezan a sufrir una mayor deshidratación y unos períodos de secamiento más prolongados que el resto de microagregados del ped.El espaciamiento entre los períodos de humedecimiento y secamiento, amplía lasdiferencias de humedad en el suelo, con lo cual se reduce la estabilidad de los agregados(Utomo y Dexter, 1982).El comportamiento diferencial de la humedad en el interior del ped, genera superficies dedebilidad en él, produciéndose su ruptura, sobre todo si se presentan períodos prolongadosde humedecimiento, como lo notaron Crockford et al (1991), en suelos hidrofóbicos.La ruptura anterior libera microagregados al medio que, por actividad biológica(abundante en estos materiales, como lo describe Jaramillo, 1992) o por acumulación denuevos compuestos hidrofóbicos, llegan a ser también severamente repelentes al agua,secándose completamente y adquiriendo el carácter polvoriento que se observa en campo.

Para soportar aún más el modelo propuesto, Hillel (1998) sostiene que cuando el humedecimientodel suelo no es uniforme, una parte del agregado puede hincharse más que otra, generandotensiones internas que durante el encogimiento subsiguiente pueden fracturarlo. En los Andisolesrepelentes al agua que se han estudiado en Piedras Blancas, Castillo y Gómez (1995) detectaronun alto grado de contracción volumétrica de los suelos al secarse: entre 22 y 64%.



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Roy et al (2000) también encontraron una pulverización completa de los primeros centímetrossuperficiales (hasta 15 cm) del suelo, en 15 de los 27 sitios con suelos repelentes al aguaestudiados por ellos en Canadá.

1.2.5.5. Otros efectos

Aparte de los efectos que se han anotado en los numerales anteriores, la repelencia al aguatambién produce algunos efectos benéficos en el suelo. DeBano (1981) apunta que lahidrofobicidad puede ayudar en la conservación del agua en el suelo mediante la disminución dela evaporación a partir de él. Según el mismo autor, con ella también pueden disminuirse las pérdidas de nutrientes provenientes de fertilizantes solubles, debido a la dificultad que se presenta para el flujo de agua.

Con respecto a la economía del agua, Fink (1974) destaca la posibilidad de que los sueloshidrofóbicos se puedan utilizar como “reservorios de agua” y Hillel (1998) plantea incluso la posibilidad de generar hidrofobicidad artificialmente en suelos de regiones áridas y semiáridas para llevar a cabo el proceso que llama “cosechando agua”. El autor citado comenta queutilizando materiales hidrofóbicos se pueden sellar superficies en vertientes áridas, de modo quese genere escorrentía; si la superficie del suelo en las partes bajas de estas zonas es roturada yluego los terrones son “hidrofobizados”, se puede generar una condición superficial de rugosidade hidrofobicidad que puede facilitar la entrada del agua que escurre al suelo y su almacenamientoen capas internas donde se dificulte su evaporación.

La presencia de terrones hidrofóbicos en la superficie del suelo inhibe la conducción de agua porlo que las pocas pérdidas que pueden darse se deberán a flujo de vapor de agua. Hillel (1998)también apunta que otro efecto benéfico en la economía del agua en el suelo puede deberse a ladificultad que tienen las malezas para germinar, lo que reduce la competencia con los cultivos.

Doerr et al (2000) citan algunos trabajos en los que se propone que la producción de sustanciashidrofóbicas, por parte de las plantas, puede ser un mecanismo asimilable a la alelopatía que leayuda a la planta que las produce a suprimir otras plantas que le van a hacer competencia durantesu desarrollo.

El autor del presente documento piensa que la repelencia al agua en áreas húmedas como las queha estudiado puede tener un significado ecológico, en el sentido de que puede ser un mecanismoutilizado por las plantas, y/o por los organismos asociados a ellas, para mejorar su entorno en lorelacionado con la aireación y con la condición de drenaje. En las Figuras 1.15 y 1.17 puedeapreciarse el gran volumen de raíces finas que se desarrollan superficialmente en lotes sembradoscon Pinus patula y es en esta parte del suelo, en muchos de los que se han registrado como

repelentes al agua, donde se genera la mayor intensidad en la hidrofobicidad.La Figura 1.9c también ilustra la alta concentración de hifas de hongos que se ha acumuladocerca de la superficie de algunos Andisoles repelentes al agua de la cuenca de la quebrada PiedrasBlancas. Debe, de todas maneras, investigarse si la presencia de la hidrofobicidad alrededor delos órganos y organismos mencionados es una causa o un efecto de ellos, o si, simplemente esuna coincidencia natural.



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FIGURA 1.17. Producción intensa de raíces finas cerca de la superficie del suelo en lotes con Pinus patula de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas.

1.2.6. IMPORTANCIA Y DISTRIBUCIÓN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN ELSUELO

La repelencia al agua en el suelo es un fenómeno que se ha documentado ampliamente en casitodos los países del mundo y es tan frecuente encontrarlo que algunos autores han llegado a decirque ese rasgo parece ser más la norma que la excepción en los suelos (Wallis et al, 1991).

DeBano (1981) y Wallis y Horne (1992) informan que la primera descripción que se conoce delfenómeno de la repelencia al agua fue hecha en 1910 por Schreiner y Shorey en unos suelos deCalifornia en los cuales, compuestos orgánicos grasos fueron los responsables de tal situación.

También reporta DeBano (1981) que el primer informe que sugirió que la hidrofobicidadobservada en algunos suelos era causada por actividad fungal, fue originado en 1911 por Bayliss.

Desde aquella época el tema permaneció sin estudiarse hasta la década de los 40’s, cuando seconocieron los trabajos de Jamison en 1942, 1946 y 1947 (DeBano, 1981). De aquí en adelante elinterés por la hidrofobicidad en los suelos ha ido siempre en aumento, como lo confirman losdatos de DeBano (2000) quien establece que entre los años 1940 y 2000 se han publicado un poco más de 500 artículos sobre el tema, correspondiendo algo más de 150 a la década de los90’s.

Con respecto a la distribución del fenómeno a escala mundial, DeBano (1981) cita trabajos en losque se estudió la repelencia al agua en suelos de Estados Unidos de Norteamérica, Australia,

Canadá, Egipto, Holanda, India, Japón, Rusia y Nueva Zelanda. La lista anterior se complementacon la información de Doerr et al (2000), quienes reportan, adicionalmente, estudios hechos en elReino Unido, Suiza y Portugal y con la de Ritsema (1998), en Mali y Polonia. En la Tabla 1.9 se presenta una lista adicional de estudios hechos en otros países del mundo.



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Roy et al (2000) concluyeron que el desarrollo de repelencia al agua en los suelos que trabajaronno estuvo restringido a ninguna clase textural en particular, puesto que encontraron muestrashidrofóbicas en las 10 clases texturales de los 27 sitios analizados por ellos: No tuvieron muestrasarcillosas ni limosas.

A pesar de lo anterior, Harper y Gilkes (1994), McKissock et al (1998) y McKissock et al (2000)han logrado establecer relaciones, significativas estadísticamente, entre el grado de repelencia alagua de algunos suelos de Australia y algunas propiedades del suelo, entre las que se encuentranlos contenidos de los separados finos del mismo, limo y arcilla, bien sea solos o combinados.Vale la pena aclarar que, a pesar de que han obtenido modelos de regresión múltiplessignificativos, los coeficientes de determinación que ellos han aportado han sido, en general, bajos, cosa que llama la atención acerca de la relevancia que tienen dichos separados sobre laintensidad de la hidrofobicidad en los suelos estudiados.

En esta temática es interesante anotar que, aunque la repelencia al agua ha sido ampliamenteobservada en condiciones de climas secos y suelos arenosos, éstas no son las únicas condicionesen las que se produce. Se ha reportado también en climas húmedos tropicales (Jaramillo, 1992;Pérez et al, 1998), en húmedos mediterráneos (Doerr y Thomas, 2000) y en otros climas húmedosdel norte de Europa, citados por Doerr et al (2000). En la literatura se encuentran reportes derepelencia al agua en una gran variedad de suelos, minerales y orgánicos, incipientes a muyevolucionados, fuertemente ácidos a alcalinos, fértiles a poco fértiles, lo que da pie a pensar quela hidrofobicidad puede presentarse en cualesquiera de los órdenes de suelos definidos en laTaxonomía de Suelos del USDA (Soil Survey Staff, 1999). El efecto de los organismos será temade un próximo capítulo, por lo cual no se hace alusión a ellos aquí.

A otra escala de trabajo, la hidrofobicidad en los suelos se ubica, en el caso más común, en lasuperficie del suelo. Cuando el suelo posee una capa de litter, ella se ubica, frecuentemente, en elcontacto entre los dos materiales, afectando la parte mineral del mismo, aunque el litter también puede presentarse hidrofóbico. En el caso de que el suelo haya sido sometido a quemas o aincendios fuertes, se puede generar una capa hidrofóbica subsuperficial.

Una forma de presentación frecuente de la repelencia al agua en el suelo es en forma de parches,normalmente centimétricos, que alternan con cuerpos de suelo humectable, como puede verse enlas fotos de las Figuras 1.9a y 1.10a. Los parches que se detectan en la superficie del terreno se proyectan hacia el interior del suelo, creando el patrón de distribución que muestran las Figuras1.10b, 1.10c y 1.10d.

Un aspecto fundamental que debe tenerse en cuenta cuando se quiere estudiar la repelencia delsuelo al agua es el hecho de que la manifestación del fenómeno no es permanente: Se presenta

con su máxima intensidad en las épocas más secas y disminuye, llegando inclusive a desaparecer,en las épocas húmedas. Períodos prolongados de sequía generan alta intensidad en lahidrofobicidad y una alta dificultad para humedecer nuevamente el suelo, pudiéndose necesitartambién períodos largos de humedecimiento para restablecer su humectabilidad. Estecomportamiento puede haber sido un factor de retraso en el diagnóstico de la repelencia al aguaen muchos suelos, simplemente porque con mayor frecuencia se observaron cuando estabanhúmedos y pocas veces después de una época seca prolongada.



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1.2.7. EVALUACIÓN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN LOS SUELOS

Para evaluar el fenómeno de la hidrofobicidad en el suelo, Jaramillo (1996a) cita varios métodosque se han propuesto: medir el ángulo de contacto de la fase sólido – líquido del suelo; medir larata de entrada de agua en columnas de suelo; medir la tensión superficial y el ángulo de contactode soluciones acuosas colocadas sobre el suelo; medir la adsorción de vapor de agua por el suelo;medir la adsorción de alcoholes alifáticos por el suelo; determinar las isotermas de adsorción devarios ácidos carboxílicos por el suelo; realizar pruebas de infiltración en el campo o enlaboratorio.

Los métodos mencionados presentan limitaciones prácticas para su implementación en análisis derutina o cuando se requiere evaluar gran número de muestras, razones que los han relegado a unsegundo plano como métodos para cuantificar la hidrofobicidad del suelo.

Para hacer evaluaciones de rutina se han desarrollado algunos métodos prácticos y de fácilaplicación como el llamadoWDPT (Water Drop PenetrationTime) o el método conocido comoMED (Molarity Ethanol Drop). Estos métodos se han convertido en los más ampliamenteutilizados en los trabajos de hidrofobicidad de suelos, sobre todo después de que fueronevaluados por King (1981), quien demostró su efectividad y serán tema del Capítulo 3 de estedocumento, por lo que no se discutirán en este aparte.

Si se acepta que un material se considera repelente al agua cuando el ángulo que se forma entrelas interfases líquido-aire y líquido-sólido es mayor a 90º (Nakaya, citado por Wallis y Horne,1992, afirma que un suelo que tenga > 0º tiene algún grado de repelencia al agua), la mediciónde este ángulo fue uno de los primeros retos que tuvo la evaluación de la hidrofobicidad.

Para poder medir dicho ángulo, cuando la superficie del sólido es plana no se presentan mayores problemas pero, al observar la superficie de un trozo de suelo se aprecia que está lejos de ser plana: ésto prácticamente imposibilita la determinación geométrica del ángulo que se pretendemedir, como lo establecieron Letey et al (1962a). Esta limitación ha llevado a autores comoPhilip, citado por Wallis y Horne (1992), a proponer que dicho ángulo sea llamado “aparente”, para diferenciarlo del ángulo real que no puede definirse en ese medio rugoso.

Para establecer el valor del ángulo de contacto aparente se han propuesto varias metodologías queWallis y Horne (1992) han resumido y de las cuales se pueden resaltar:

Mediante el uso de columnas de suelo en tubos de vidrio, medir el ascenso capilar delagua que se obtenga y resolver la Ecuación 1.4.

Mediante el uso de columnas de suelo en tubos de vidrio, medir la infiltración de agua yresolver las Ecuaciones 1.5 y 1.6.

En cualesquiera de los dos casos citados anteriormente, los valores de r y de son incógnitas dela misma ecuación y por tanto éstas no se pueden resolver. Para obviar esta situación, se haningeniado varias formas de medir r:



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Utilizando etanol como solución ascendente o infiltrante, según el caso, ya que el etanolmoja el suelo siempre con un ángulo de contacto igual a cero (Letey et al, 1962), con loque el cos = 1 y se resuelven las ecuaciones para despejar r; este valor de r se toma pararesolver las mismas ecuaciones cuando se utilice agua y, en este caso, se despeja.

Emerson y Bond, citados por Wallis y Horne (1992) asumieron que al incinerar muestrasde suelo desaparecía la repelencia al agua y que, por lo tanto, el ángulo de contacto enellas era igual a cero; utilizaron este valor para conocer a r y luego despejaron a de lasecuaciones correspondientes, cuando utilizaron el suelo sin incinerar.

r g H

cos2 [ 1.4 ]

L

h g r r P Q

t

8cos2

[ 1.5 ]

R

at D

D P 1 [ 1.6 ]

Donde:H: Altura del ascenso capilar.: Tensión superficial del líquido.: Ángulo de contacto.: Densidad del líquido.

g: Constante de la gravedad.r: Radio del capilar.Q: Rata de entrada del líquido, en términos de profundidad del frente de humedecimiento

por unidad de tiempo.Pt: Porosidad total del suelo.h: Longitud del capilar más el espesor del líquido por encima del capilar.L: Longitud del capilar.

: Viscosidad del líquido.Da = Densidad aparente del suelo.DR = Densidad real del suelo. Puede asumirse igual a 2.65 Mg m-3.

Otro método aproximado que se ha utilizado para estimar el ángulo de contacto ha sido el de

medir directamente sobre una fotografía del sistema el ángulo que se forma entre una gota deagua puesta sobre la superficie suavizada del suelo y dicha superficie (ver Figura 1.7). Estemétodo fue propuesto por Bond (1968), citado por McGhie y Posner (1980) y fue ampliamenteutilizado por Jaramillo (1992); obviamente, sólo es aplicable a suelos con un alto grado derepelencia al agua, en los que la gota que se aplique permanezca estable sobre la superficie delsuelo el tiempo necesario para hacer la toma fotográfica.



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Como puede observarse, para los métodos anteriores hay que hacer bastantes suposiciones yaproximaciones y, si a ello se adiciona que se requiere mucho tiempo para hacer las medidasnecesarias, ellos se vuelven dispendiosos y de poca precisión. Ésto llevó a desarrollar otrosmétodos para hacer las evaluaciones de la repelencia al agua en el suelo.

Entre los más aceptados se encuentra el método del “Índice de Repelencia” (IR) desarrollado porTillman et al (1989), basado en la sortividad del agua y del etanol y con ayuda de un permeámetro de disco. El índice se obtiene con las siguientes relaciones:

W

E

S S

IR 95.1 [ 1.7 ]

Cuando el suelo no es repelente al agua, IR = 1 y, obviamente, se cumple que:

E W S S 95.1 [ 1.8 ]

Donde:IR: Índice de repelencia (sin unidades).SE: Sortividad del etanol.SW: Sortividad del agua.

El suelo se considera repelente al agua cuando el IR > 1.95. Este método fue ampliamente probado por Wallis et al (1991) en una gran variedad de suelos de Nueva Zelanda; observaronque fue un método más sensible que el WDPT y que el MED, capaz de detectar pequeños gradosde hidrofobicidad en los suelos. Encontraron valores de RI que variaron entre 3 y 93, en suelosque tuvieron valores de MED entre 0 y 2.7 molar y de WDPT entre 0 y > 3600 segundos.

Hallett y Young (1999) desarrollaron un equipo (micro infiltrómetro) que permite medir lainfiltración en agregados individuales del suelo y poder calcular, así, la sortividad y el Índice deRepelencia (IR) en ellos. Con este instrumento, Peng et al (2003) evaluaron el IR en agregados dediversos tamaños provenientes de Ultisoles con diferentes coberturas de China y encontraron queel grado de repelencia al agua fue mayor en los agregados de mayor tamaño (con diámetro entre 2y 5 mm). Además, encontraron que el tipo de cobertura y el manejo del suelo tuvieron una altaincidencia sobre el grado de la hidrofobicidad: Cuando un suelo altamente degradado por laerosión fue revegetalizado, su IR pasó de menos de 1.5 a 4.4.

Hallett et al (2001) evaluaron el efecto de algunas prácticas de manejo de suelos sobre larepelencia al agua en sus agregados, con el índice de repelencia (IR) y encontraron que,efectivamente, este índice depende del manejo del suelo: El aumento en la disturbación del suelo por los cultivos reduce el IR: los suelos no laborados tuvieron mayor IR que los sometidos alaboreo y no hubo un efecto, por lo menos detectable, de la adición de nitrógeno al suelo (hasta120 kg N ha-1) sobre su IR.



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1.2.8.1. Evitar la acumulación excesiva de litter

La acumulación excesiva (según condiciones ambientales) de litter también puede contribuirindirectamente a la generación de repelencia al agua en el suelo. Chan (1992) encontró un altogrado de repelencia al agua en un Alfisol que se había explotado bajo siembra directa (labranzacero) durante un largo tiempo, con lo que acumuló una importante capa de litter que creó lascondiciones óptimas para que se desarrollara en él una alta población fungal con una densa masade hifas hidrofóbicas, situación que no se dio en el mismo suelo, bajo un sistema de laboreoconvencional.

Con respecto al efecto del laboreo, Hallett et al (2001) también observaron que aquellos suelosque no eran sometidos a mecanización presentaban mayores valores de índice de repelencia (IR)que los que sí se sometían a esta práctica.

La acumulación de litter sobre el suelo se puede evitar de varias formas:

Favoreciendo su descomposición rápida, al facilitar su oxidación manteniendo una buenaaireación en la capa de litter: laboreo; este mecanismo está controlado, aparte de lascondiciones del suelo para la mecanización, por el tipo de material que se esté aportando:materiales con altos contenidos de resinas, ceras y grasas son menos susceptibles a laoxidación y tienden a acumularse en grandes cantidades.

La descomposición de la materia orgánica también puede acelerarse si se promueve una buena actividad microbiológica, por ejemplo, aportando nutrientes por medio defertilizantes. Franco et al (2000a) observaron descensos en la intensidad de la repelenciaal agua en suelos arenosos que habían recibido fertilización con N, P, K y S, en algunasestaciones, aunque sin una tendencia clara en los tratamientos que utilizaron. Atribuyeronese comportamiento al estímulo que se le había dado a los microorganismosdescomponedores de grasas con la aplicación de los fertilizantes.

Hallett et al (2001), a pesar de que reconocen que la adición de N al suelo puede aumentarla mineralización de la materia orgánica en él al estrechar su relación C/N, no encontraronun efecto significativo de la aplicación de N sobre el índice de repelencia (IR) de lossuelos que trabajaron.

Ma’shum, citado por Hodge y Michelsen (1991) también reportó la presencia de bacteriascapaces de utilizar compuestos hidrofóbicos como sustrato creciendo de forma natural enel suelo, con lo cual se redujo la repelencia al agua en ellos. Sin embargo, apunta el autorcitado que la actividad de dichos organismos pudo verse limitada por deficiencias

nutricionales ya que la aplicación de fertilizantes conteniendo N y P incrementó elconsumo de n-alcanos de cadena larga debido, probablemente, a que se estimuló la población bacterial correspondiente.

Hallett y Young (1999), por el contrario, observaron que la adición de fertilizantes alsuelo, en campo y en laboratorio, redujo la sortividad del agua en él y aumentó su gradode repelencia al agua. Este comportamiento estuvo acompañado por un incremento en la



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respiración microbial del suelo, lo que indica que hubo un incremento en su actividadmicrobiológica que pudo aumentar la producción de compuestos hidrofóbicos en él.

Otra forma de eliminar el litter del suelo es, simplemente, extraerlo del lote o someter elsuelo a quemas. La alternativa de las quemas debe utilizarse con sumo cuidado, teniendoen cuenta las observaciones que hace DeBano (1981): Hay menos peligro de generarhidrofobicidad en el suelo, por quemas, cuando éstas son controladas, es decir, cuando laintensidad del fuego es baja, se hacen cuando el suelo está húmedo y la cantidad demateria orgánica en la superficie del suelo es baja; además, si la textura del suelo es fina,es menor el riesgo y cuando las quemas se hacen en bosques, si producen hidrofobicidad,ésta es menos intensa que cuando la quema se hace en restrojos.

Cuando ya se ha detectado la presencia del problema en el suelo, se han estudiado diferentesestrategias para manejarlo.

1.2.8.2. Mecanización del suelo

En laboratorio se ha observado que la abrasión en los granos de arena reduce el grado dehidrofobicidad de los mismos (King, 1981; Ma’shum y Farmer, 1985; Wallis et al, 1990a;Crockford et al, 1991). Al nivel de campo, el laboreo del suelo puede cumplir esta función deabrasión sobre los agregados, removiendo algo de los recubrimientos orgánicos y/o de las hifasde los hongos que ellos tengan adheridos, reduciendo su grado de repelencia.

King (1981) notó que los agricultores en Australia reducían el grado de repelencia de sus suelossometiéndolos a laboreo durante la lluvia o inmediatamente después de ella, lo que puede estarrelacionado con el efecto de abrasión mencionado y/o con un efecto de dilución de los agregadosrepelentes al agua en el resto del suelo, como lo sugieren varios trabajos citados por Wallis yHorne (1992).

Cabe aclarar, en este punto, que Wallis et al (1990a), a pesar de que obtuvieron reducciónsignificativa en el MED de suelos arenosos sometidos a diferentes tiempos de agitación, enlaboratorio, también observaron que al evaluar nuevamente el grado de repelencia al aguadespués de 72 horas de haber hecho el tratamiento de abrasión, la severidad de la repelencia sehabía incrementado en varias muestras (ver Tabla 1.10), lo que atribuyeron a cambiosestructurales en los compuestos orgánicos hidrofóbicos, originados por la abrasión, por lo cualconcluyeron que el laboreo, como práctica de abrasión en campo, puede tener un efectomejorador de la humectabilidad del suelo repelente al agua de corto tiempo de duración.

1.2.8.3. Adicionar arcilla o materiales terrosos arcillosos

Otra práctica que ayuda a diluir el componente hidrofóbico que tenga el suelo es la adición dearcilla al mismo, cuando éste es de textura gruesa. Se acepta desde hace tiempo que el problemade la repelencia del suelo al agua es, fundamentalmente, un problema de superficie específica y, por lo tanto, en los suelos de textura gruesa es donde dicho fenómeno puede presentarse conmayor frecuencia, al requerirse en ellos menor cantidad de compuestos hidrofóbicos para recubrirsus partículas y/o los agregados, de modo que aquel se exprese. Lo anterior no quiere decir que la



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repelencia al agua sea exclusiva de los suelos de textura gruesa, como lo demostraron McGhie yPosner (1980) que encontraron un grado de hidrofobicidad severa (WDPT > 3600 s) en los primeros 15 cm de suelos con más de 20% de arcilla, en Australia. De todas formas, no escasualidad que las regiones más extensas del mundo con este problema, estudiadas hasta hoy, se presentan en suelos arenosos de Australia y en dunas de arena costeras en Holanda y Alemania.

TABLA 1.10. Efecto del tiempo de agitación de suelos arenosos repelentes al agua sobre su grado de hidrofobicidad,en dos tiempos de evaluación. Datos tomados de Wallis et al (1990a).

MED (M)Tiempo de agitación (h) Inmediatamente después del

tratamiento Después de 72 h del tratamiento

0 2.65 2.651 2.00 2.102 1.55 1.804 1.45 1.708 1.30 1.5012 1.40 1.7024 1.35 1.3048 1.40 1.30

El Departamento de Agricultura del Oeste de Australia (DAWA, 2000) destaca que la adición dearcilla a suelos de textura gruesa repelentes al agua, produce efectos como:

Incrementar la producción en cultivos y pastos: La producción de cebada en un suelotratado con arcilla se incrementó en 1.2 t ha-1 y este incremento se mantuvo durante los 8años siguientes a la aplicación del correctivo.Incrementar la infiltración de agua: En un suelo tratado con arcilla se incrementó 3 vecesla rata de infiltración.El suelo se humedece uniformemente.La germinación de semillas de malezas es uniforme, lo que permite hacer un mejorcontrol de ellas.Se controla la erosión eólica.Se aumenta la retención de nutrientes en el suelo.Se incrementa la actividad biológica en el suelo.

El mismo Departamento de Agricultura australiano ha establecido que la adición de arcilla alsuelo superficial repelente al agua puede hacerse mezclando con él parte del subsuelo. La mezclade 100 t ha-1 de dicho material que contenga 30% de arcilla, con los primeros 10 cm del suelo,incrementa el contenido de arcilla entre 3 y 4% en ellos, cantidad que ha sido suficiente para

tener resultados positivos y estables durante los siguientes 8 años después de la aplicación.Wallis y Horne (1992) citan los resultados obtenidos por Ma’shum y colaboradores quienesencontraron que con la adición de caolinita saturada con sodio y de ilita, en dosis equivalentes de2.5 a 5 t ha-1 en los primeros 10 cm de suelos arenosos de Australia, éstos se transformaron deseveramente repelentes al agua a humectables.



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Ward y Oades (1993) agregaron caolinitas y montmorillonitas saturadas con Na+ y con Ca2+ asuelos arenosos de Australia, en ensayos de laboratorio, y encontraron que:

La caolinita fue la arcilla más eficiente en el proceso de reducción de la repelencia al aguaen los suelos estudiados, a pesar de que tiene menor superficie específica que lamontmorillonita.Las arcillas saturadas con Na+ fueron más eficientes que las saturadas con Ca2+ en lareducción de la repelencia al agua, posiblemente porque mantienen un mayor grado dedispersión.Cuando observaron las arenas mezcladas con arcilla al microscopio electrónicoencontraron que la caolinita recubría las partículas de arena mientras que las demontmorillonita se unían entre sí formando micro agregados, sin interactuar con lasarenas.La reducción de la repelencia al agua observada no se debe a la adsorción de compuestoshidrofóbicos por parte de las arcillas, sino al recubrimiento que hace la arcilla sobre losmateriales hidrofóbicos que se encontraban recubriendo las partículas de arena.Para que se produzca alguna interacción entre el suelo repelente al agua y la arcilla, serequiere, al menos, un ciclo de humedecimiento y secamiento.En estos estudios de laboratorio, la aplicación del equivalente a 5 t ha-1 de arcilla redujo larepelencia al agua a niveles tolerantes agronómicamente (MED < 1.2 M).

McKissock et al (2000) mezclaron suelos arenosos repelentes al agua con arcillas caoliníticas yesmectíticas relativamente puras y, además, con material de suelo obtenido de horizontessubsuperficiales que tenía contenidos de arcilla y limo mayores que los suelos hidrofóbicos. Conlas mezclas que hicieron encontraron que la adición de cualesquiera de estos materiales redujo elgrado de repelencia al agua en el suelo, siendo más notorio el efecto en la medida en que seincrementaba el contenido de arcilla en la mezcla. También en estos trabajos, la caolinita fue máseficiente en la reducción de la hidrofobicidad que la montmorillonita, sobre todo cuando se hizola evaluación del WDPT después de someter la mezcla a un ciclo de humedecimiento ysecamiento, pero no obtuvieron relación entre la dispersibilidad de la arcilla, el catiónintercambiable que las saturaba o la cantidad de sodio intercambiable con el WDPT del suelo.

1.2.8.4. Aumentar el pH del suelo

También se ha ensayado el encalamiento como una alternativa de manejo para reducir el grado derepelencia al agua en el suelo. En estudios de laboratorio se ha observado que solventes concierto grado de alcalinidad son capaces de remover compuestos hidrofóbicos de la superficie delas partículas de suelos repelentes al agua.

Roberts y Carbon (1972) sometieron suelos arenosos de Australia a extracciones con solucionesinorgánicas y con solventes orgánicos y encontraron que las soluciones alcalinas removíanfácilmente los recubrimientos hidrofóbicos presentes en los granos de arena, en menos de 1 horade remojo.

McGhie y Posner (1980) sometieron litter de eucalipto finamente molido (< 1 mm) a extraccionesen soxhlet con diversos solventes, acuosos y orgánicos y a diferentes valores de pH; luego de la



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extracción evaluaron el grado de repelencia al agua en el material lavado y encontraron que serequerían condiciones fuertemente alcalinas para que se redujera el grado de hidrofobicidad enellos y, además, que acidificándolos nuevamente, se restablecía la severidad de la repelencia alagua, como puede apreciarse en la Tabla 1.11.

TABLA 1.11. Efecto del pH sobre el grado de hidrofobicidad de litter de eucalipto finamente molido. Datos tomadosde McGhie y Posner (1980).

WDPT (s)pH original Al pH original Después de acidificar hasta pH = 37 > 1800 > 18008 > 1800 > 18009 > 1800 > 180010 780 > 180011 180 > 180012 75 > 180013 45 > 1800

Las diferencias en solubilidad que se presentan entre los ácidos húmicos y fúlvicos puedensustentar el hecho de que aumentando el pH se pueda reducir el grado de repelencia al agua en elsuelo, debido a que a pHs altos ambos grupos de compuestos son solubles y pueden serremovidos del suelo evitando, así, que generen hidrofobicidad y favoreciendo su humectabilidad.En efecto, Chen y Schnitzer (1978) concluyeron que cuando en la fracción orgánica del suelo predominan los ácidos húmicos y los pHs ácidos a neutros, se puede generar repelencia al agua yque, si predominan los ácidos fúlvicos, bajo las mismas condiciones de pH, éstos se disuelven enla solución del suelo y éste es humectable.

Los estudios llevados a cabo por Karnok et al (1993) en parches hidrofóbicos de un campo degolf muestran que la aplicación de soluciones de NaOH 0.1 M al suelo eleva su pH y reduce sugrado de repelencia al agua, al tiempo que promueven una pérdida importante de materialesorgánicos en los que pueden ser eliminados parte de los compuestos hidrofóbicos responsablesdel fenómeno (ver Tablas 1.12, 1.13 y 1.14). De estos trabajos concluyen los investigadores quela aplicación de una cantidad suficiente de solución 0.1 M de NaOH como para saturar los primeros 5 cm del suelo, seguida por un lavado con agua equivalente a un volumen de poros,repetida por lo menos tres veces, reduce significativamente el grado de repelencia al agua en lossuelos arenosos que trabajaron. Además, cuando este tratamiento se repitió por 9 díasconsecutivos, la hidrofobicidad desapareció completamente del suelo.

A pesar de los resultados de Karnok y colaboradores, Blackwell (1996) reporta que la adición decal a suelos repelentes al agua se ha ensayado como una alternativa de manejo pero que hanhabido muchos ensayos en el oeste de Australia que han arrojado resultados muy desalentadoresacerca de ella.



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TABLA 1.12. Efecto de la aplicación de NaOH y agua sobre el pH, el grado de hidrofobicidad y el contenido demateriales húmicos en suelos repelentes al agua de un campo de golf de Georgia, USA. Tomados deKarnok et al (1993).

pH MED (M)** Material húmico(mg/100 g de suelo)Tratamiento*

Antes Después Antes Después Antes DespuésTestigo 5.9 6.1 3.1 2.9 - -Agua 6.0 6.5 2.9 1.2 392 434

NaOH 1 día 5.9 7.0 3.1 1.1 - - NaOH 2 días 5.8 7.6 2.9 0.9 - - NaOH 3 días 5.9 8.3 2.7 1.1 500 219* Las cantidades de agua o de NaOH aplicadas fueron: 2.25 L de agua y 2.25 L de una solución 0.1 M

de NaOH; la aplicación se hizo consecutivamente durante los días establecidos. El testigo sin ningunaaplicación. Todas las parcelas que tuvieron tratamiento recibieron 83.2 L de agua después de éste paralavarlo a través del perfil del suelo. Durante el ensayo cayeron 16 mm de lluvia y se aplicaron 8 mm

de agua adicionales con riego.** MED en muestras secadas al aire durante 14 días.

TABLA 1.13. Efecto de diferentes aplicaciones de NaOH y agua sobre el grado de hidrofobicidad y el contenido demateriales húmicos en suelos repelentes al agua de Georgia, USA. Tomados de Karnok et al (1993).

A los 10 días A los 160 díasTratamiento* MED (M)

Contenido demateriales húmicos(mg/100 g de suelo)

MED (M)Contenido de

materiales húmicos(mg/100 g de suelo)

Testigo 2.10 798 2.65 1856Agua 1.70 794 2.60 2213

NaOH corto plazo 0.05 368 0.75 882 NaOH largo plazo - - 1.15 1002* NaOH corto plazo recibió 3.05 L de solución 0.1 M de NaOH por 9 días consecutivos y 24 horas

después de terminadas las aplicaciones recibió un riego de 12.2 L de agua. En NaOH largo plazo, lasolución de NaOH se aplicó en los días 1, 27, 67 y 134 y no se le hizo riego adicional después de laaplicación. El agua se aplicó en la misma dosis que el NaOH durante 2 días consecutivos y tambiéntuvo los 12.2 L adicionales a las 24 horas de la última aplicación. Durante el experimento cayeron 622mm de lluvia y se aplicaron 271 mm de agua con riego.

** MED en muestras secadas al aire durante 14 días.

1.2.8.5. Agregar agentes humectantes

Los agentes humectantes, conocidos comosurfactantes o agentes de superficie activa, sonsustanciasanfifílicas, es decir, son compuestos que tienen una dualidad físico-química polar – no polar. En estos compuestos el grupo polar es hidrofílico y contiene una variedad de átomos comoO, S, N o P, que se encuentran en grupos funcionales alcohol, ácido o sulfato, entre otros. La parte no polar es hidrofóbica o lipofílica y, en general, es un grupo hidrocarbonado de tipo alquilo alquil – benceno (Salager, 2002).



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TABLA 1.14. Efecto de la aplicación de NaOH y agua sobre el grado de hidrofobicidad y el contenido de materialeshúmicos en suelos repelentes al agua de un campo de golf de Georgia, USA. Tomados de Karnok etal (1993).

MED (M)** Material húmico(mg 100 g de suelo)Tratamiento*

Antes Después del día 9 Antes Después del día 9Testigo tapado 2.7 3.2 - -

Testigo sin tapar 2.7 2.7 - -Agua 3 días 2.9 2.4 - -Agua 6 días 2.8 2.3 - -Agua 9 días 2.5 2.3 1862 1516

NaOH 3 días 2.8 2.3 - - NaOH 6 días 2.8 0.5 - - NaOH 9 días 2.8 0.0 1868 837

* Para detectar el efecto de la lluvia, todas las parcelas, excepto las del testigo sin tapar, se tapabancuando llovía. Las aplicaciones de agua o NaOH como en la Tabla 1.12. Todas las parcelas recibieron0.8 L de agua después de cada aplicación del respectivo tratamiento y 24 horas después de terminarlas aplicaciones, recibieron 1.2 L de agua, excepto los testigos. Se aplicaron 57 mm de agua en riego.

** MED en muestras secadas al horno entre 30 y 35ºC durante 14 días.

Los surfactantes se clasifican con mayor frecuencia por la forma en que se disocian en el agua y pueden reconocerse los siguientes, según Salager (2002):

Surfactantes aniónicos: Se disocian en un anión anfifílico y en un catión quegeneralmente es un metal alcalino o un amonio cuaternario. Son los que se producen enmayor cantidad en el mundo.

Surfactantes no iónicos: No ionizan en solución y son el segundo grupo en cuanto acantidad de producción mundial.Surfactantes catiónicos: En solución acuosa se disocian en un catión orgánico anfifílicoy en un anión que generalmente es un halogenuro. Su fabricación es muy costosa por loque son muy poco utilizados a nivel mundial.Surfactantes anfotéricos o anfóteros: Poseen dos grupos funcionales, uno aniónico yotro catiónico, siendo el pH quien determina cual de las posibles disociaciones se dan:aniónica a pH alcalino y catiónica a pH ácido. En general son tan costosos como loscatiónicos, por lo cual su uso también es muy restringido.

Según Salager (2002), la dualidad polar – no polar que presentan los surfactantes hace que ellostengan una fuerte tendencia a migrar hacia las interfases, de tal manera que los grupos polares sedisponen hacia el interior de la fase acuosa y los no polares se orientan hacia la otra fase delsistema. Con este comportamiento se forma, según Unda (s.f.), una capa monomolecularadsorbida en la interfase del sistema que es la que suministra la actividad superficial quecaracteriza a los surfactantes.

Para manejar los suelos repelentes al agua también se ha recurrido al uso de surfactantes que alformar soluciones con el agua reducen su tensión superficial de manera que, al colocar dicha



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solución en contacto con una superficie sólida e hidrofóbica, el ángulo de contacto se reduceconsiderablemente (Pelishek et al, 1962) y el agua puede penetrar más fácilmente en el sólidoque, para nuestro caso, es el suelo. En estos casos, cuando los surfactantes tienen efectos directossobre la tensión, Salager (2002) recomienda llamarlosTensoactivos.

Con la adición de surfactantes al agua que se va a aplicar a un suelo repelente a ella, seincrementa notablemente la rata de infiltración en él y su eficiencia depende, como lo anotanLetey et al (1961) y Wallis y Horne (1992), de la naturaleza del sólido que va a ser humedecido yde la naturaleza química de los agentes humectantes.

Para manejar la repelencia al agua en el suelo, los surfactantes que se han utilizado con mayorintensidad son lo no iónicos. Son materiales que deben ser aplicados en dosis relativamente bajas pero con aplicaciones frecuentes como puede verse en la Tabla 1.15. También se estáninvestigando, con el mismo objetivo, hidrogeles que, según resultados preliminares de Karnok yBeall (1995), muestran un alto potencial para tratar suelos difíciles de humedecer.

TABLA 1.15. Recomendaciones de uso para diferentes surfactantes y un hidrogel, dadas por los fabricantes.

Producto Tratamiento Dosiscm3 / 100 m2

Disolución(L de agua)

Frecuencia deaplicación Fuente

PRIMER 604 Preventivo 185 – 125* 7 Mensual Sobitec (2003)PRIMER 604 Curativo 185 7 Semanal** Sobitec (2003)AQUEDUCT Curativo 250 – 150* 4 Semanal** Sobitec (2003)INFILTRIX Con el riego 2.5 L ha-1 - Mensual Sobitec (2003)Psi MATRIC Curativo 10 ppm - Diario** Sobitec (2003)Psi MATRIC Curativo 100 ppm - Semanal** Sobitec (2003)TerraCottem - 100 – 200& - - Ferahian (2000)

* La primera dosis se usa en la primera aplicación, la segunda en las demás.** Hasta resolver el problema.& Según textura del suelo: menor dosis a mayor contenido de arcilla.

En la Figura 1.18 se puede apreciar el efecto que tuvo la aplicación de agentes humectantes sobrela rata de infiltración en un suelo franco arenoso, severamente repelente al agua, de California,elaborada con datos de Letey et al (1962b).

En la gráfica de la Figura 1.18 son notables tres aspectos:

Primero, que con cualquier agente y dosis se reduce el tiempo necesario para que el sueloadmita una determinada cantidad de agua.Segundo, que el comportamiento de los agentes humectantes no es el mismo en todosellos, es decir, que cada producto tiene especificidades propias de él y,Tercero, que la rata de infiltración aumenta cuando el suelo está húmedo al momento dehacer la prueba.



50

020406080

100120140160

1 en650

1 en1300

1 en2000

1 en4000

1 en650

1 en1300

1 en2000

1 en4000

A A A A T P P P PAgente humectante y grado de dilución

T i e m p o

( m i n )

Suelo Seco Suelo Húmedo

FIGURA 1.18. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de dos agente humectantes no identificados (A y P) sobreel tiempo gastado por 4 pulgadas de solución en penetrar en un suelo repelente al agua, bajo doscondiciones de humedad. En la condición de suelo húmedo la infiltración fue de agua sola pues parahumedecerlo se aplicó la solución correspondiente al tratamiento del caso. La letra T identifica eltestigo (sólo recibió agua). El grado de dilución corresponde a 1 parte del producto disuelto en tantas partes de agua. Ensayos hechos en basines, en campo. (Gráfica elaborada con base en datos de Leteyet al, 1962b).

Wallis et al (1990b) aplicaron diferentes dosis y tipos de agentes humectantes a un suelo arenosoextremadamente repelente al agua de Australia, en ensayos de invernadero y de campo, yencontraron que en invernadero se presentan fuertes diferencias en el comportamiento de losdistintos productos en lo relacionado con la rata de aplicación requerida y el grado de diluciónnecesario. Cuando el trabajo se lleva a cabo en el campo, aparte de los factores mencionados, hayotros que intervienen en la eficiencia de los productos como el método de aplicación, el tipo decultivo y el manejo del riego. También observaron que la radiación ultravioleta y el movimientode partículas de suelo por el viento pueden alterar la vida útil de los agentes humectantes en elsuelo.

Cisar et al (2000) estudiaron el comportamiento de 3 surfactantes en 1996 y de 4 en 1997,aplicándolos a suelos repelentes al agua de La Florida, con las dosis recomendadas por losfabricantes de los productos. En 1996 aplicaron mensualmente Aqueduct (AQ), AquaGro (AG) yPrimer (PR), solos y en mezclas, en dosis de 250, 250 y 190 mL por 100 m2 disueltos en 8 L deagua por 100 m2, respectivamente; empezaron las aplicaciones el 14 de mayo y el WDPT lomidieron el 24 de julio de 1996. En 1997 aplicaron semanalmente 250 mL por 100 m2 de los productos ACA 1257, ACA 1313, ACA 1455 y ACA 1457, también disueltos en 8 L de agua por100 m2; las aplicaciones las iniciaron el 8 de abril y el WDPT lo midieron el 23 de abril y el 14de mayo de 1997. Los resultados obtenidos en este trabajo se presentan en la Tabla 1.16.



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TABLA 1.16. Efecto de la aplicación de algunos surfactantes sobre el grado de repelencia al agua (WDPT ensegundos) de suelos hidrofóbicos de La Florida. Tomados de Cisar et al (2000).

Profundidad (cm)Producto 0 1 2 3 424 de julio de 1996

AQ 13b* 7b 2b 4b 4abAG 550a 300a 188a 50b 32abPR 24b 7b 7b 6b 2ab

PR + AQ 17b 2b 2b 1b 0.2bPR + AG 17b 11b 7b 4b 1abTestigo 460a 293a 156a 120a 37a

23 de abril de 1997ACA 1257 14b 6b 5 5 3ACA 1313 13b 6b 5 7 3ACA 1455 19b 7b 20 15 6ACA 1457 25b 12b 11 5 3

Testigo 103a 40a 17 12 614 de mayo de 1997

ACA 1257 47b 9b 9ab 3 2ACA 1313 6b 2b 2b 1 1ACA 1455 20b 11b 10ab 5 1ACA 1457 23b 11b 7ab 3 1

Testigo 68a 23a 16a 4 3* Valores seguidos por la misma letra en las columnas, por fecha, indican que no hubo diferencia

significativa al 95% entre los promedios de los tratamientos con la prueba de Duncan. Si no hay letras,no hubo diferencias significativas entre ningún tratamiento con P > 90%.

Se puede apreciar en la Tabla 1.16 lo que ya se ha mencionado en el sentido de que no todos los productos tienen el mismo comportamiento frente a la repelencia del suelo al agua. También seobserva que algunas mezclas funcionan mejor que los componentes independientes mientras queen otros casos el uso de ellas no parece recomendable.

En la Tabla 1.17 se exponen los resultados de un trabajo similar al anterior, realizado por Kostka(2000) en suelos repelentes al agua de un campo de golf de Massachussets. Él aplicó elsurfactante Primer 604 en dosis de 125 y 185 mL por 100 m2, disueltas en 8 L de agua por m2;hizo aplicaciones mensuales durante tres meses y determinó el WDPT en muestras tomadas unmes después de cada aplicación. Puede apreciarse que el efecto de las diferentes dosis sobre elgrado de repelencia al agua es bastante inconsistente en su comportamiento. Además, parece queel efecto del surfactante aplicado no es muy duradero en lo que respecta a los valores de WDPT

que se obtienen al final del ensayo pues en muchas determinaciones se obtiene un mayor valor deWDPT en este muestreo que en el segundo.



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Decoloración y quemazón en las puntas de las hojas por la aplicación de altas dosis y faltade riego subsiguiente.Inhibición de la elongación de las raíces.Reducción en la germinación de semillas.

Endo et al, citados por Wallis y Horne (1992) concluyeron que la magnitud de la adsorción desurfactante que pueda presentarse en el suelo es el factor crítico que determina el grado defitotoxicidad que él pueda generar. En otros trabajos citados por los mismos autores, se encontróque la caolinita adsorbe surfactantes no iónicos en mayor cantidad que los aniónicos, pero enmenor que los catiónicos.

1.2.8.6. Otras posibilidades

Wallis y Horne (1992) plantean que en algunos sistemas de explotación, la aplicación de agua pormedio del riego puede ser una alternativa viable para mantener el suelo en un estado de humedadque impida la manifestación de la repelencia al agua en él. Ellos informan que dicha práctica esfrecuentemente usada en campos deportivos durante las épocas cálidas secas, con lo que sereduce la severidad de los parches secos en ellos.

Wallis et al (1990b) observaron que el uso de riegos livianos, con periodos de retorno cortos, esuna práctica más eficiente para reducir los efectos de la repelencia al agua sobre el suelo, parafavorecer el crecimiento de la vegetación y para mejorar la rata de infiltración en suelosrepelentes al agua, que los sistemas con altas tasas de aplicación y periodos de retorno largos. Los periodos de retorno cortos facilitan la infiltración ya que mantienen unos mayores contenidos dehumedad en la superficie del suelo. Las recomendaciones dadas también son válidas cuando seaplican surfactantes con el riego.

Franco et al (2000a) sostienen que la repelencia al agua en el suelo puede ser reducida agregandonutrientes al mismo que estimulen el crecimiento de las poblaciones nativas de microorganismoscapaces de degradar grasas. En experimentos de invernadero, donde pudieron controlar la presencia de plantas en el sustrato, para anular su efecto sobre la generación de repelencia al aguaen él, comprobaron que la aplicación de dos fertilizantes de baja solubilidad, con la composición porcentual N:P:S de 22:5.7:0.6 y N:P:K:Mg de 7:20:5:9, en dosis de 1 y 2 g de fertilizante por kgde arena repelente al agua, redujo significativamente los valores originales del MED de lossuelos; este efecto fue mayor cuando al suelo se le adicionó, además del fertilizante, arcillacaolinítica. Los efectos más notables se dieron con la mezcla de las dosis más altas de fertilizantey de arcilla y las diferencias entre tratamientos se mantuvieron a lo largo de las 25 semanas queduró el experimento.

Franco et al (2000a) reprodujeron los ensayos de invernadero en el campo y observarondecrecimiento en el MED de los suelos sólo al primer mes de establecido el ensayo y sindiferencias significativas entre tratamientos. A partir de este tiempo, el MED volvió a subir hastalos valores que presentaba originalmente el suelo y siguió presentando variaciones estacionales alo largo de todo el tiempo de experimentación (28 meses), sin presentar diferencias significativasentre tratamientos y sin un comportamiento consistente en ellos, en las profundidades de 0 a 5 yde 5 a 10 cm. Estos resultados implican que, bajo condiciones naturales y sin poder controlar los



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efectos de la vegetación, se pueden presentar interrelaciones en el suelo que hacen inútil lafertilización como práctica para controlar la repelencia al agua en él, tratando de manipularciertas relaciones poblacionales que se presenten entre sus microorganismos.

Franco et al (2000a) también estudiaron el efecto que tenía la adición de carbono orgánicosoluble (COS) sobre la repelencia al agua de arenas severamente hidrofóbicas. Para esto,sometieron arena extremadamente repelente al agua a un calentamiento de 70ºC en agua, durante2 horas; microfiltraron el sobrenadante de la extracción cuando se enfrió y lo agregaron a 3sustratos: Arena repelente al agua, arena lavada con agua hasta remover toda la materia orgánica particulada que tenía y arena incinerada a 600ºC hasta que se convirtió en arena completamentehumectable. Se estableció un tratamiento testigo en el cual sólo se adicionó agua a cada tipo dearena y un control absoluto en el que no se aplicó nada a los 3 tipos de arena. Los resultados deeste experimento pueden verse en la Tabla 1.18.

TABLA 1.18. Efecto de la aplicación de carbono orgánico soluble (COS) sobre el MED de dos tipos de arena.

Adaptado de Franco et al (2000a).

Valor del MED* (M) enTratamiento Arena repelente al agua Arena lavada con aguaControl absoluto 2.5 0.8

Testigo con sólo agua 1.0 0.2Con COS 0.3 0.0

* En la arena incinerada no hubo cambios en el MED: En todos los tratamientos fue igual a cero.

En el experimento de los resultados de la Tabla 1.18, la adición de COS a las arenas redujo demanera altamente significativa (P < 0.01) el valor del MED, con respecto al control absoluto.Este comportamiento sugiere la posibilidad de que cambiando el tipo de materia orgánica que se

adiciona al suelo, se pueda tener una reducción importante en el grado de repelencia al agua queél presente. Este cambio puede generarse cambiando el tipo de cobertura vegetal en él, como lohan sugerido Jaramillo (1992) y Harper et al (2000), o adicionando abonos orgánicos al sueloaunque, obviamente, esto debe ser estudiado cuidadosamente antes de recomendarlo como práctica de manejo de la repelencia al agua del suelo en condiciones de campo.

McGhie y Posner (1981) analizaron el efecto de diferentes coberturas vegetales y rotaciones deellas sobre el grado de repelencia al agua en suelos arenosos de Australia y observaron grandesdiferencias en los valores de WDPT y de ángulo de contacto que obtenían. Los mayores valoresde repelencia los encontraron en parcelas de pasturas permanentes y en parcelas que teníanrotaciones que incluían 4 ciclos continuos de pasturas. La severidad de la repelencia ibadisminuyendo al reducir el número de ciclos con pastos en la rotación, siendo la mejor alternativala que incluyó 1 ciclo de cultivo alternando con un ciclo de pasto. Con estas observaciones ellosconcluyeron que la repelencia al agua en los suelos puede ser reducida cambiando las especiesque crecen en ellos.

Finalmente, otra actividad que puede resolver el problema de la repelencia al agua en los suelosconsiste en retirar de él la parte hidrofóbica. La aplicabilidad de esta alternativa está condicionada por el tipo de explotación que se tenga en el suelo y, sobre todo, por el espesor y ubicación de la



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CAPÍTULO 2

ORIGEN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN EL SUELO

2.1. ORIGEN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN EL SUELO .........................................592.2. FUENTES DE LOS COMPUESTOS HIDROFÓBICOS PARA EL SUELO................59

2.2.1. LA VEGETACIÓN......................................................................................................602.2.2. LOS MICROORGANISMOS......................................................................................632.2.3. LOS INCENDIOS, QUEMAS Y CALENTAMIENTO..............................................712.2.4. CONTAMINACIÓN CON HIDROCARBUROS.......................................................74

2.3. NATURALEZA DE LOS COMPUESTOS HIDROFÓBICOS EN EL SUELO.............752.4. RELACIÓN REPELENCIA AL AGUA – MATERIA ORGÁNICA................................89



2.1. ORIGEN DE LA REPELENCIA AL AGUA EN EL SUELO

Es aceptado universalmente que la repelencia al agua en los suelos se debe, en la gran mayoría delos casos, a la presencia en éste de ciertos compuestos orgánicos que desarrollan propiedadeshidrofóbicas. Aparte de lo anterior, también se presenta repelencia al agua en suelos que tienenuna alta cantidad de materia orgánica finamente particulada, que es hidrofóbica en sí misma yque, al mezclarse con la fracción mineral, le trasmite ese carácter al suelo. Bisdom et al (1993)documentaron ampliamente este mecanismo de inducción de repelencia al agua en agregados dediferentes tamaños de suelos arenosos de Holanda.

La Figura 2.1 muestra fragmentos orgánicos finos en Andisoles severamente repelentes al aguade la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, tamizados a 2 mm. En dicha figura se aprecia cómovarios agregados se encuentran húmedos (tienen color más oscuro) y cómo la mayoría de losfragmentos orgánicos que están en contacto con ellos, permanecen secos.

FIGURA 2.1. Materia orgánica particulada repelente al agua, mezclada con agregados finos minerales repelentes yno repelentes al agua. La imagen al lado derecho es un detalle de la imagen de la izquierda. (Fotos enestéreomicroscopio; la izquierda con aumento de 2.5x).

2.2. FUENTES DE LOS COMPUESTOS HIDROFÓBICOS PARA EL SUELO

Los compuestos orgánicos hidrofóbicos que se acumulan en el suelo y que le imprimen elcarácter de repelencia al agua provienen de la materia orgánica que se incorpora al mismo.Dichos compuestos son aportados por organismos vivos o en descomposición, principalmentevegetales, aunque también hay algunos microorganismos que los contienen.

Aparte de los mencionados, también se pueden considerar los incendios y las quemas comofuentes de compuestos hidrofóbicos para el suelo ya que, como se discutió en el capítulo anterior,cuando ellos se producen, pueden transformar compuestos orgánicos humectables enhidrofóbicos y/o secar irreversiblemente la materia orgánica que no se volatiliza. Roy et al (2000)



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McGhie y Posner (1981) ampliaron el alcance del estudio citado en el párrafo anterior,involucrando litter de otras especies de plantas para hacer las mezclas con la arena incinerada yencontraron los resultados que se exponen en la Tabla 2.1.

TABLA 2.1. Efecto de la adición de diferentes cantidades de la parte aérea molida (< 1 mm) de diversas plantas,sobre el grado de repelencia al agua de arena incinerada. Adaptada de McGhie y Posner (1981).

Rango* de valoresdel ángulo de contacto (º)

Rango* de valoresdel WDPT (s)Planta

2% de litter 5% de litter 2% de litter 5% de litterTrifolium subterraneum 71 – 92 80 - 110 0 - > 1800 10 - > 1800

Medicago spp. 62 – 89 80 - 114 0 - > 1800 5 - > 1800Triticum aestivum 61 82 0 0 Hordeum vulgare 59 82 0 30Ornithopus sativus 92 111 0 12 Lupinus cosentinii 50 62 0 0 Ehrhata calycina 52 92 0 300

Stenotaphrum secundatum 52 71 0 0 Eucalyptus spp. 70 – 92 93 - 114 0 - > 1800 > 1800

Casuarina heugeliana 92 114 900 > 1800* Rango cuando hay datos de varias especies, variedades o partes de la planta.

En la Tabla 2.1 se aprecia cómo el grado de repelencia al agua en el suelo aumenta alincrementarse la cantidad de litter que se ha mezclado con él. También puede verse que hay unefecto diferencial en la repelencia debido a la especie de planta que se utilice e, incluso, debido ala diferencia de variedad dentro de la misma especie, como en el caso deT . subterraneum.

Con respecto a la adición de sustancias hidrofóbicas mediante el lavado de superficies de la planta en pie, Crockford et al (1991) estudiaron este mecanismo en plantaciones de eucaliptos deAustralia. Recogieron agua de la que escurría por el tronco (flujo de tallo: FT) de árboles de Eucalyptus macrorhyncha y de E . mannifera y de la que quedaba atrapada en huecos de lacorteza del mismo tronco (no especifican de cuál especie) (agua represada en el tronco: AT),después de un aguacero de 15 mm y midieron el WDPT en los suelos utilizando esa aguarecogida y agua destilada. Los resultados de este experimento se presentan en la Tabla 2.2.

De los valores expuestos en la Tabla 2.2 se puede resaltar:Que las “soluciones” que se generan con el agua que escurre por las superficies de las plantas, así como con la que se acumula en las irregularidades de la corteza de ellas,contienen sustancias que retardan su entrada en el suelo debido, probablemente, a lainteracción que se presenta entre ellas y los componentes orgánicos y/o minerales que

tiene el suelo.Que las soluciones del “flujo de tallo” del E . macrorhyncha generan mayores valores deWDPT que las que se obtienen con el agua que queda retenida en la corteza.Que el comportamiento de dichas soluciones es diferencial, con una tendencia aincrementar más el grado de repelencia al agua en aquellos suelos que tuvieron mayorcontenido de materia orgánica.



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Que hay un efecto directo de la especie vegetal sobre el valor del WDPT que producen lassoluciones del flujo de tallo, lo que indica que hay diferencias importantes en sucomposición. Esto lo observaron los investigadores al obtener soluciones de diferentescolores en cada especie y puede ser originado por las diferencias en conformación y detiempo de permanencia de la corteza en los árboles de cada una de ellas.

TABLA 2.2. Valores de WDPT obtenidos en suelos de textura gruesa de Australia, midiendo con agua destilada ycon agua recogida de tallos de eucalipto. (Datos tomados de Crockford et al, 1991).

WDPT (s) con aguaMuestra* Profundidad

(cm)

Contenidode C

orgánico(%)

Destilada De FT de E .macrorhyncha

De FT de E .mannifera De AT

Euc. 1/1 0 a 1 25 2100 14400 - 3780Euc. 1/3 10 a 12 2.2 21 22 - 20Euc. 2/1 0 a 2 8 140 450 - 310Euc. 2/2 10 a 12 2.3 22 21 - 20Euc. 3/1 0 a 2 5 180 6000 - 500Euc. 3/2 10 a 12 2.8 79 140 95 108Euc. 4/1 0 a 2 5 38 82 41 44

* Códigos de identificación originales.

Los resultados anteriores llevaron a los investigadores a concluir que, en efecto, las solucionesque se forman por escurrimiento de agua sobre los órganos vegetales son fuente de compuestoshidrofóbicos que, al pasar al suelo, incrementan su grado de repelencia al agua en la superficie deellos.

Con respecto a los exudados y otras sustancias hidrofóbicas que pueden aportar directamente las plantas al suelo, Jaramillo (1992) observó, en árboles de Pinus patula, que por el tallo se presentaban frecuentemente chorreaduras de resina que llegaban hasta la superficie del suelo yque penetraban en él, impermeabilizándolo completamente alrededor del árbol. En este mismotrabajo el autor también observó que al causar alguna herida en la raíz de los árboles, ellosexcretaban inmediatamente la misma resina, la cual se depositaba alrededor de la raízimpregnando, a la vez, el suelo que estaba en contacto con ella volviéndolo repelente al agua.

Las observaciones anteriores hicieron que se tuviera a la raíz como una fuente potencialimportante en la generación de repelencia al agua y que explicaran, por lo menos en buena parte,la presencia de una repelencia al agua extremadamente fuerte en la zona del suelo ocupada porlas raíces. Téngase en cuenta que durante el proceso de extracción de tierra de capote se puedencausar, fácilmente, heridas a las raíces superficiales con las herramientas, con lo que se puede

aportar material hidrofóbico al suelo.Czarnes et al (2000) estudiando el efecto que tenían los mucílagos radiculares y microbialessobre la estructura del suelo y sobre el transporte de agua en él, encontraron que el ácido poligalacturónico (equivalente al exudado radicular), estabilizaba la estructura del suelo, en larizosfera, incrementando la fuerza de los enlaces entre partículas y reduciendo la rata dehumedecimiento en ellos



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Hallett et al (2003) observaron diferencias importantes en el transporte de agua en la rizosfera devarias plantas, lo que atribuyeron a diferencias en la cantidad y tipo de exudados radiculares quese presentan naturalmente entre genotipos. Plantean la hipótesis de que algunos de esos exudados pueden influenciar la actividad de los microorganismos del suelo, tanto estimulando el desarrollode algunos, como suprimiendo otros y esto incluye aquellos microorganismos productores derepelencia al agua. Observaron, además, que el mucigel en estado hidratado puede obstruir porosy reducir el transporte de agua.

2.2.2. LOS MICROORGANISMOS

La influencia de los hongos en el desarrollo de la repelencia al agua en los suelos se hareconocido desde hace bastante tiempo. Ball (s.f.) menciona que uno de los primeros trabajosconocidos en el que se investigó esta relación lo hizo Wollaston en 1807 y que en 1917 seconoció el trabajo clásico de Shantz y Piemeisel sobre el tema.

Savage et al (1969a) indujeron repelencia al agua en arena cuarcítica, lavada con ácido, alagregarle una suspensión acuosa con un ácido húmico extraído de un cultivo de Stachybotrysatra, con una concentración de materia orgánica tan baja como 0.05%, aunque advierten quehubo una estrecha relación entre el pH y el grado de repelencia al agua y que, las condiciones bajo las cuales se obtuvo el mayor efecto del extracto, ésto es a pH = 10, no son frecuentes en elsuelo, en condiciones naturales de campo.

Savage et al (1969b) inocularon arena cuarcítica lavada con ácido, con suspensiones acuosas quecontenían esporas de diferentes especies de hongos y luego incubaron las muestras a 23°Cdurante varios períodos de tiempo; al evaluar el grado de repelencia al agua que se habíagenerado después de cada tiempo de incubación encontraron que sólo en los tratamientos con Penicillium nigricans y con Aspergillus sydowi se presentó algún grado de repelencia al agua,como se puede apreciar en la Tabla 2.3; nótese que el grado de repelencia al agua en los casos enque se presentó fue leve, por lo que los investigadores concluyeron que la contribución de estosmicroorganismos solos a la repelencia al agua en el suelo es poca.

McGhie y Posner (1980) también observaron que los hongos trabajados por ellos ( Penicillium y Aspergillus) no produjeron una repelencia al agua importante sobre arena lavada, cuando crecíansolos en ella; esta situación cambió dramáticamente cuando a la arena se le adicionó litter deeucalipto antes de incubar los hongos en ella, lo que también los llevó a concluir que el efecto dedichos hongos sobre la repelencia al agua no es importante. Mediante observaciones enmicroscopio, estos investigadores vieron:

Primero, que los granos de arena presentaban áreas asociadas con litter solo, otras con

hifas fungales solas y otras con una combinación de hifas y litter.Segundo, que cuando evaluaron el grado de repelencia al agua en las diferentescondiciones de recubrimientos mencionadas, únicamente se generó repelencia al aguasevera en los granos recubiertos con litter solo o asociado con hifas pero, en los granosrecubiertos sólo con hifas, el agua penetró inmediatamente y fueron completamentehumectables.



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TABLA 2.3. Grado de repelencia al agua (WDPT en segundos) desarrollado en arenas cuarcíticas después de serincubadas durante varios períodos de tiempo con suspensiones de diferentes especies de hongos(Tomada de Savage et al, 1969b).

Tiempo de incubación (días)Especie del hongo 7 17 33 53 Alternaria sp. 0 0 < 1 0 Aspergillus fumigatus 0 0 0 < 1 Aspergillus niger - < 1 < 1 < 1 Aspergillus sydowi 0 0 3 17Chaetomium sp. - 1 0 0 Masoniella sp. 0 0 0 0 Penicillium nigricans 0 8 3 16Torula sp. 0 0 0 0

Jaramillo (1992) también comprobó, en los Andisoles de la cuenca hidrográfica de PiedrasBlancas, bajo plantaciones de Pinus patula, que la masa de micelio que se desarrollaba en elinterior de la capa de acículas era severamente repelente al agua pero, a diferencia de losresultados expuestos en los párrafos anteriores, observó que tanto en el horizonte superficialmineral del suelo como en las superficies de los agregados y de los poros (ver Figura 1.9), elmicelio presente también era severamente repelente al agua. Un hongo que se observóampliamente distribuido en las plantaciones de la cuenca mencionada fue el Amanita sp. (verFigura 2.2), hongo micorrizógeno que ha demostrado una alta afinidad con el Pinus patula endicha cuenca (Alvarado 1984, 1988).

Chan (1992) hizo un muestreo en suelos que habían estado sometidos a cero labranza y que presentaron algún grado de repelencia al agua. Al estudiar las muestras al microscopio observóque había una cobertura hifal en ellos y formó grupos de acuerdo con la densidad de dichacobertura, estimando el área que representaba en toda la superficie de la muestra. Encontró que elWDPT aumentaba al aumentar la densidad de la masa hifal: Cuando se tuvo una cobertura del100%, el WDPT fue de 2380 s, es decir, en este caso, el micelio del hongo fue severamenterepelente al agua. En este trabajo se identificaron especies de los hongosTrichoderma yFusarium y se observaron varios basidiomicetos que no se identificaron, causando la repelenciaal agua.

Costantini et al (1995), en tres suelos de textura gruesa superficial de Australia, obtuvieron unaalta repelencia al agua, tanto en la interfase formada entre la capa de litter y el horizonte A delsuelo, como en los primeros centímetros del mismo horizonte superficial mineral. Ellosconfirmaron que la alta repelencia al agua observada se debía a la acumulación de una densamasa de micelio de basidiomicetos severamente repelente en la interfase, así como al micelio,

con iguales características de hidrofobicidad, que se extendía hacia el interior del horizonte A.



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FIGURA 2.2. Carpóforo de Amanita sp. en plantaciones de Pinus patula de la cuenca hidrográfica de la quebradaPiedras Blancas.

Unestam (1991) estudió el comportamiento de diferentes tipos y partes de varios hongosectomicorrícicos en bosques de coníferas de Norteamérica y encontró los resultados que se presentan en la Tabla 2.4.

TABLA 2.4. Características de repelencia al agua (Clase de WDPT*) en algunos hongos ectomicorrizógenosasociados con coníferas en Norteamérica (Tomada de Unestam, 1991).

Parte del hongo evaluadaHongo / planta Micelio Rizomorfo Manto Estipe Micelioin Vitro

Amanita muscaria / Pinus contorta 2 2 2 - 2 A. vaginata / Abies procera 2 2 2 2 -Cenococcum geophilum / A. procora 0 0 0 - 0Cortinarius sp. / A. procera 2 2 0 2 -Gautieria monticola / Pseudotsuga menziesii 2 2 2 - -Gomphus floccosus / A. procera 1 2 - 2 - Hebeloma sp. / P. contorta 2 2 2 - 2 Hysterangium setchellii / P. menziessii 2 2 2 - - Lactarius deliciosus / Tsuga heterophylla 2 2 0 2 - Piloderma bicolor / A. procera 2 2 2 - 2

Rhizopogon vinicolor / P. menziessii 2 2 2 - - Russula sp / A. procora 2 2 2 2 - Suillus bovinus / P. contorta 2 2 2 - 2 S. flavidus / P. contorta 2 2 2 - 2Thelephora terrestris / P. contorta 0 0 0 - 0 Xerocomus sp. / A. procera 2 2 - 2 -* Clases de WDPT:0 : < 15 s;1 : 15 a 120 s;2 : > 1 hora.



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En la tabla anterior se puede apreciar que la mayor parte de los hongos estudiados presentaronuna repelencia al agua severa, tanto en campo como cuando fueron producidos en laboratorio encultivos puros.

Una de las manifestaciones más estudiadas de la relación de los microorganismos con larepelencia al agua se presenta en los llamados “Fairy Rings” por Shantz y Piemeisel en 1917 yque se han traducido como “Anillos de Hadas” o “Anillos de Bruja” o “Corros de Bruja”. Enla Figura 2.3 se presenta la ilustración que hicieron estos investigadores para esquematizar elefecto que tenía el crecimiento de ciertos hongos en un pastizal. En dicho esquema se destaca que justo encima de la zona en la que crece con mayor intensidad el micelio de los hongos en elinterior del suelo, se presenta un área en la que la vegetación se ha secado.

FIGURA 2.3. Representación esquemática de los componentes de un “Anillo de Hadas” propuesta por Shantz yPiemeisel en 1917. (Tomada de Shantz, 1922).

Los anillos de hadas, en su expresión más sencilla, se observan como unos anillos o arcos decarpóforos expuestos en la superficie del terreno, como en las Figuras 2.4.c, 2.4.d, y 2.5; tambiénse presentan como anillos concéntricos de pasto con un crecimiento exuberante que rodea unazona central de pasto con crecimiento normal, como en la Figura 2.4.e. En la zona de crecimientoestimulado del pasto puede presentarse fructificación de los hongos, apareciendo en la superficiedel terreno las setas o sombrillas de los carpóforos, formando otro círculo al interior de dichazona (ver Figuras 2.4.a y 2.4.b). Otra forma de expresión de los anillos es la que se muestra en lasFiguras 2.4.f, 2.6.a y 2.6 b, en las que se aprecia un crecimiento estimulado del pasto en la parteinterna del anillo, con o sin presencia de carpóforos. Finalmente, los anillos pueden estardefinidos por áreas de pasto seco, como los de las Figuras 2.6.b y 2.6.c. Téngase en cuenta queestas formaciones han sido estudiadas en zonas templadas, donde han tenido una marcadainfluencia de las estaciones en su desarrollo.



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FIGURA 2.4. Algunos ejemplos de Anillos de Hadas.a. De Agaricus campestris (tomado de Kuo, 2003).b.Tomado de University of Florida (s.f.).c. Tomado de University of Illinois (1998).d. Tomado deIowa State University (1997).e. Tomado de Watkins (s.f.).f . De Marasmius oreades (tomado deLepp, 2003).

a b

c d

e

f



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Teniendo en cuenta la forma como se expresan los anillos, Dernoeden (2001) y Carlos et al (s.f.),definen tres tipos de anillos de hadas:

Tipo I: Aquellos definidos por anillos de pasto seco o severamente dañado por sequía, sin presencia de carpóforos en la superficie del terreno (ver Figura 2.6).Tipo II: Aquellos en los cuales hay anillos de pasto con crecimiento estimulado, de colorverde más intenso y de mayor altitud que el resto del pasto; tampoco hay presencia decarpóforos en la superficie del terreno.Tipo III: Aquellos en los que sólo se presentan carpóforos sin efecto aparente sobre lavegetación.

FIGURA 2.5. Ejemplos de Anillos de Hadas en coberturas vegetales diferentes a pastos.a. De Aleuria aurantia(tomada de Mukina, 2003)b. DeCortinarius sp. en plantación de eucalipto (tomada de Lepp, 2003).c. DeClitocybe sp. en plantaciones de pino (tomada de Cereijo et al, 2001).

a

b

c



69

De la clasificación anterior, se observa que el tipo de anillo más destructivo es el I y éste es el quese relaciona directamente con la repelencia al agua, ya que el deterioro y muerte del pasto se debea la acumulación de micelio muerto del hongo que es hidrofóbico y, por lo tanto, el pasto muere por falta de agua (Ash, 2000; Dernoeden, 2001; Swift, 2003; Carlos et al, s.f.; Ball, s.f.; Watkins,s.f.). Swift (2003) afirma que el suelo que está por debajo del manto de micelio también se tornafuertemente repelente al agua.

FIGURA 2.6. Diversas manifestaciones del Anillo de Hadas tipo I.a. Tomado de Ball (s.f.).b. Tomado de Watkins(s.f.).c. Tomado de Swift (2003).

Dernoeden (2004) sostiene que los anillos de tipo I son muy frecuentes, sobre todo en tierrascubiertas con césped como campos deportivos o parques, que previamente habían estado bajocobertura de pastizales o de bosque, condición que garantiza la fuente de materia orgánicanecesaria para la nutrición y el desarrollo del hongo. Según Pottorff (2003), en estos lugares se

encuentra abundante material orgánico en forma de raíces muertas, madera, litter o capas de pajaque fue enterrado a poca profundidad cuando se hizo la transformación del uso del sitio y queestimulan el desarrollo del hongo.

Los anillos son más frecuentes en suelos de textura liviana (arenosos), con baja fertilidad y con baja capacidad de almacenamiento de agua (Ash, 2000; Pottorff, 2003; Watkins, s.f.) yDernoeden (2001) reporta que se han encontrado en suelos con valores de pH entre 5.1 y 7.9.

a b

c



70

Según Dernoeden (2001), la formación de los anillos se inicia como un cluster de hongos queempiezan a crecer radialmente hacia afuera, a partir de un punto central, a la misma velocidad entodas las direcciones. El tamaño de los anillos puede variar entre un pie (30 cm) y 10 pies (3 m)de diámetro, aunque se han reportado anillos hasta de 200 pies (60 m) de diámetro. Elcrecimiento radial anual varía entre 3 pulgadas (7.6 cm) y 19 pulgadas (48 cm). Pueden penetraren el suelo, según Carlos et al (s.f.), entre 10 y 20 pulgadas, aunque Swift (2003) reporta datoshasta de 1m.

Shantz (1922) estimó, para los anillos que estudió en Colorado, edades entre 250 y 450 años,cuando los anillos se encontraban completos y, 600 años para aquellos que se encontrabanfragmentados, en áreas planas. Ball (s.f.) también ha estimado edades entre 600 y 700 años paraaquellos anillos más grandes.

Según Lepp (2003) los hongos que forman anillos pueden ser saprofitos o micorrizógenos, por loque define dos tipos de anillos, según el agente causal:

Anillos atados o amarrados: Aquellos producidos por hongos micorrizógenos, llamadosasí porque su micelio se encuentra unido a la raíz de una o más plantas. EjemploCortinarius sp, que se muestra en la foto de la Figura 2.5.b, asociado a eucaliptos enAustralia. Según Ball (2004), éstos son más frecuentes en bosques.Anillos libres: Los que son formados por hongos no micorrizógenos. Ejemplo Marasmius oreades como el que se presenta en la foto de la Figura 2.4.f. Según Ball(s.f.), éstos son más frecuentes en zonas sembradas con pastos.

Los hongos que producen los anillos de hadas pertenecen a la clase Basidiomicetes. Todos losautores que los han investigado coinciden en afirmar que pueden ser más de 60 las especies dehongos productores de dichas estructuras y destacan la especie Marasmius oreades como la quemás frecuentemente se encuentra haciéndolas.

Dekker y Ritsema (1996) estudiaron el comportamiento de la humedad en un anillo de hadas de12 m de diámetro, formado en un suelo arenoso de Holanda que estaba con cobertura de pasto; elanillo presentaba una zona externa de pasto con crecimiento estimulado, seguida, hacia fuera, deotra zona donde se podían apreciar carpóforos del hongo. Después de que en el sitio cayeron 66mm de lluvia en 2 semanas, observaron que el suelo, por fuera del anillo, se había humedecidohasta una profundidad mayor de 20 cm, mientras que el suelo en la banda de 30 cm de ancho enque se encontraban los carpóforos del hongo, sólo se humedeció hasta una profundidad de 3 cm;así mismo, en la franja donde había pasto con crecimiento estimulado, el agua sólo penetró hastalos 10 cm de profundidad.

York y Canaway (2000) estudiaron varios anillos de hadas tipo I, formados por Marasmiusoreades, en campos de golf de Inglaterra y encontraron que los suelos en la zona donde habíamicelio activo fueron extremadamente repelentes al agua, prácticamente en todo el espesor desuelo analizado. Observaron, además, una severa repelencia al agua en la parte interna del anillo,donde ya no se encontró micelio activo pero donde se sabía que el hongo había estado en tiemposanteriores, por lo que concluyeron que los efectos de la colonización del suelo por los hongossobre la repelencia al agua pueden perdurar por tiempos largos después de que el hongo



71

desaparece del medio. Algunos de los resultados más sobresalientes de este trabajo se presentanen la Figura 2.7.

FIGURA 2.7. Comportamiento de la repelencia al agua en un anillo de hadas tipo I formado por Marasmiusoreades, evaluada en una línea radial desde el centro hacia afuera. Entre 30 y 75 cm se presentómicelio activo del hongo. Adaptada de York y Canaway (2000).

2.2.3. LOS INCENDIOS, QUEMAS Y CALENTAMIENTO

DeBano (1969) describe cómo en los chaparrales de California, los incendios forestales son unmecanismo de primer orden en la formación de suelos repelentes al agua. Resalta el autor que sonde particular importancia los altos gradientes de temperatura que se alcanzan en los primeroscentímetros del suelo durante el incendio, que vaporizan y hacen mover hacia el interior del suelolos gases producidos, cargados de sustancias hidrofóbicas que se condensan sobre las superficiesde los sólidos del suelo que están más abajo, produciendo una capa repelente al agua en suinterior. La profundidad y espesor de dicha capa depende de la intensidad del fuego y del tipo ycantidad de materia orgánica que se quemó, así como del contenido de humedad y de las propiedades físicas del suelo.

DeBano et al (1970) confirmaron la traslocación de sustancias hidrofóbicas en dos experimentosde laboratorio en los cuales, sobre arena cuarcítica media (0.5 – 0.25 mm) y sobre 4 suelos detextura gruesa, tamizados a 1 mm quemaron, en un ensayo, litter de chaparral molido y tamizadoa 2 mm y, en el otro, quemaron un suelo hidrofóbico natural. Con respecto a la temperaturaalcanzada en los materiales probados, las máximas se obtuvieron a los 2.5 cm de profundidadcuando se quemó litter y variaron entre 332 °C en la arena y 504 °C en el suelo menos arenoso(50% de arena, 42% de limo y 8% de arcilla). Los gradientes de temperatura máximos alcanzadosen los primeros 2.5 cm estuvieron alrededor de 270 °C cm-1, después de 5 minutos de la quemacompleta del litter; en la capa de 2.5 a 5 cm, el gradiente máximo obtenido fue de 145 °C cm-1.

0246

810

1214

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

MED

P r o

f u n

d i d a d

( c m )

0 15 30 45 60 75 90

Distancia desde el centro del anillo (cm)



72

En los experimentos del párrafo anterior, la quema incrementó el ángulo de contacto en la capasuperficial de los suelos estudiados y el espesor de la capa repelente desarrollada dependió deltipo de material incinerado en la superficie del suelo y de la superficie específica del mismo. Entodos los casos la quema de litter produjo una capa repelente al agua de mayor espesor que laquema de suelo repelente al agua. El máximo espesor en la capa de incremento en el ángulo decontacto producida se obtuvo en la arena y fue de 8 cm (área superficial = 0.0077 m2 g-1)(DeBano et al, 1970).

DeBano et al (1976) confirmaron que la traslocación de sustancias hidrofóbicas por efecto de lasquemas también depende del estado de humedad en que se encuentre el suelo. Ellos quemaronlitter de Pinus coulteri sobre arena húmeda y seca durante dos periodos de tiempo diferentes yencontraron los resultados que se presentan en la Tabla 2.5.

TABLA 2.5. Cambios en el grado de repelencia al agua (WDPT en segundos) en una arena media (0.5 – 0.25 mm)húmeda (6.3 % de humedad gravimétrica) y seca, por efecto de quemar sobre ellas litter de pino

molido a 2 mm, durante 5 y 25 minutos. (Datos de DeBano et al, 1976)

Condición de la quema Profundidad (cm) Rango de temperaturamáxima (°C) WDPT (s)

0 – 0.5 254 – 233 2070.5 – 1 233 – 212 > 36001 – 1.5 212 – 192 > 36001.5 – 2 192 – 172 > 36002 – 3 - 48

5 minutos sobre arenaseca

3 - 4 - 00 – 0.5 353 – 320 00.5 – 1 320 – 287 > 36001 – 1.5 287 – 252 1400

1.5 – 2 252 – 216 3602 – 3 - 328

25 minutos sobre arena

seca3 - 4 - 57

0 – 0.5 175 – 147 > 36000.5 – 1 147 – 118 6001 – 1.5 118 – 98 601.5 – 2 98 – 79 < 102 – 3 - 0

5 minutos sobre arenahúmeda

3 - 4 - 00 – 0.5 287 – 232 > 36000.5 – 1 232 – 177 > 36001 – 1.5 177 – 140 4201.5 – 2 140 – 103 10

2 – 3 - 0

25 minutos sobre arenahúmeda

3 - 4 - 0

En la tabla anterior se pueden apreciar varios hechos importantes:

Primero, que cuando la arena está seca, se alcanzan temperaturas máximas más altas entodos los tiempos de quema y en todas las profundidades estudiadas.



73

Segundo, que en la misma condición de humedad, un mayor tiempo de quema inducetemperaturas más altas en todas las profundidades.Tercero, cuando la arena está seca, un mayor tiempo de quema puede reducir el grado derepelencia al agua en algunos puntos del suelo pero también puede generar mayorhidrofobicidad a mayor profundidad dentro del suelo.Cuarto, que cuando la arena está húmeda, un mayor tiempo de quema induce mayor gradode repelencia al agua, a mayor profundidad en el suelo.

Almendros et al (1989) estudiaron los cambios que sufría la fracción húmica de suelos con bosques mediterráneos sometidos a incendios forestales y observaron que después de producidoun incendio de alta intensidad y, dependiendo del tipo de vegetación, se producía la aparición dela repelencia al agua debido a que:

La relación C/N se reducía fuertemente, debido al incremento en las formas estables delnitrógeno.Había una destrucción selectiva de compuestos polimetilénicos, demetoxilación deestructuras aromáticas, destrucción selectiva de estructuras alicíclicas e incremento en laaromaticidad total de los polímeros.Hay una transformación de fracciones fúlvicas y húmicas en otros tipos de sustancias detipo húmico de baja solubilidad.

Recuérdese que ya se mencionó en el capítulo anterior que, aparte de los incendios y de las altastemperaturas que se generan en ellos, temperaturas mucho más bajas también pueden incrementarel grado de repelencia al agua en el suelo (Jaramillo, 2003; Vanegas, 2003). Estas temperaturasson las que tienen que ver con la estacionalidad con que se manifiesta la repelencia al agua en lossuelos: Se sabe que el grado de repelencia al agua en el suelo es más severo en las épocas secasque en las húmedas y, como lo comprobó Vanegas (2003) en los Andisoles de la cuenca de laquebrada Piedras Blancas, las temperaturas ambientales que se generan en las épocas secas sonsuficientes para producir un secado en el suelo que haga manifestar su carácter repelente al agua.

Los cambios que se pueden generar sobre la repelencia al agua, por el efecto de la temperaturasobre la humedad del suelo, han llevado a tratar de estandarizar la temperatura a la cual se debehacer la evaluación de esta propiedad. King (1981) analizó detalladamente dicho efecto yrecomienda que las pruebas de repelencia al agua se hagan con los suelos secos al aire o al horno.

Roy y McGill (2002) proponen un protocolo para estandarizar la determinación del MED yadvierten que la muestra de suelo debe estar seca al aire (para detalles ver Numeral 3.1.2.2.1 delCapítulo 3). Ritsema et al (2000) recomiendan que para evaluar la persistencia de la repelencia alagua, el WDPT debe determinarse en las muestras con la humedad de campo y secas al aire y que

cuando se pueda trabajar en atmósfera controlada, el WDPT debe determinarse a 20 °C y 50% dehumedad relativa.

La recomendación de que la evaluación de la repelencia al agua se haga con las muestras secas alaire parece acertada debido a que cuando ellas se someten a secado completo en el horno (105 °Cen suelo o, aproximadamente, 65 °C en arena), se establecen condiciones de trabajo que no se



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van a tener nunca en el campo de manera que los valores de repelencia obtenidos, fuera demostrar una condición de máximo potencial, no van a tener significado práctico.

Se sabe, además, que la deshidratación extrema de las moléculas anfifílicas que se puede generar por efecto del secado al horno puede producir una reorientación de ellas que las lleva a unirse alos sólidos del suelo por su lado polar (hidrofílico) y a dejar su terminal no polar (hidrofóbica)expuesto hacia el espacio vacío del suelo, por el cual debería moverse el agua, volviendo el sueloseveramente repelente al agua (Ma’shum y Farmer, 1985; Doerr et al, 2000).

2.2.4. CONTAMINACIÓN CON HIDROCARBUROS

Una fuente importante de materiales hidrofóbicos para el suelo se presenta cuando en éste se producen derrames de petróleo y/o de sus derivados. Roy y McGill (1998) llamaron la atenciónacerca de la aparición de un número importante de parches repelentes al agua, generalmentemenores de 2 ha, en los que se presentaba el suelo completamente desagregado, en la provinciade Alberta, Canadá. Estos parches se expresaban en sitios que habían tenido derrames de petróleocrudo desde hacía 20 a 50 años, presentaban el suelo polvoso y seco y tenían un espesor de entre10 y 15 cm.

Roy y McGill (2000) investigaron los mecanismos mediante los cuales se generaba la repelenciaal agua en los suelos contaminados con petróleo. Colocaron suelo humectable sobre suelocontaminado con petróleo y encontraron que, después de 60 días de estar en contacto los dossuelos, aquel que inicialmente era humectable, se había tornado repelente al agua. Concluyeronde esta observación que los vapores emanados del petróleo almacenado en el suelo contaminadohabían sido asimilados por el suelo normal que, después de ello, había cambiado suhumectabilidad. En otro ensayo, mezclaron una unidad de masa de suelo repelente al agua hastacon 4 unidades de masa de suelo normal y comprobaron que las mezclas se tornaban severamenterepelentes al agua.

Roy et al (2000) estudiaron 27 sitios con antecedentes de haber tenido derrames de petróleo, enAlberta, Canadá y encontraron que en cada uno de los sitios investigados se presentaron entre 1 y8 parches hidrofóbicos que variaron de tamaño entre 0.03 y 6.4 ha, con un tamaño promedio de0.38 ha. El grado de repelencia al agua lo evaluaron mediante el MED en muestras superficialestamizadas a 1 mm, encontrando 20 sitios severamente repelentes al agua (MED > 2.2. M) y 7 conMED 2.2 M. En 2 sitios se presentó un MED > 5 M. Aunque la tendencia general del MED fuea reducir su valor con la profundidad en el perfil del suelo, se presentaron algunas variacionesimportantes en ella, como puede apreciarse en la Figura 2.8, en la cual se observa la distribuciónde los valores del MED en profundidad, obtenidos en tres sitios contrastados.



75

FIGURA 2.8. Variación del MED con la profundidad del perfil del suelo en tres sitios contrastados, contaminadoscon derrames de petróleo en Canadá. Tomada de Roy et al (2000).

2.3. NATURALEZA DE LOS COMPUESTOS HIDROFÓBICOS EN EL SUELO

A pesar de que se sabe que los compuestos que inducen repelencia al agua en el suelo sonorgánicos, la composición exacta de todos ellos está lejos de ser establecida completamente. Lostrabajos de caracterización de los compuestos hidrofóbicos que se almacenan en el suelo se handesarrollado haciendo extracciones en una muestra de suelo con varios extractantes, principalmente orgánicos, bajo diferentes condiciones de temperatura; a continuación se

concentra el extracto, generalmente con un rotoevaporador, y el residuo que queda es sometido aalgunos análisis de caracterización de sus componentes como cromatografía, espectroscopíaultravioleta-visible, espectroscopía infrarroja o resonancia magnética nuclear.

Una manera muy frecuente de hacer las extracciones en las muestras consiste en utilizar aparatossoxhlet, como el que se puede ver en la Figura 2.9. En la Figura 2.10 se presenta el extractoobtenido al someter un Andisol repelente al agua a extracción con una mezcla de etanol-bencenoen un aparato soxhlet. Obsérvese en esta figura que en el recipiente se aprecian dos líquidosdiferentes e inmiscibles que se separaron cuando se enfrió la mezcla, después de dejarla reposaral retirarla del soxhlet: el líquido que está en el fondo del recipiente constituye la fracción lipídicaque se extrajo del suelo.

Como se mencionó en el capítulo anterior, Doerr et al (2000) concluyen en su revisión que loscompuestos que causan repelencia al agua en el suelo pueden reunirse en dos grupos: Uno dehidrocarburos alifáticos de cadenas largas de hidrógenos y carbonos que son no-polares y, portanto insolubles en agua y, otro, representado por sustancias anfifílicas polares con un grupoterminal con cargas positivas o negativas (hidrofílico) y otro terminal sin cargas e hidrofóbico.Los compuestos de este último grupo, que comprende principalmente ácidos grasos, ésteres y

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6

P r o f u n d i d a d e n e l p e r f i l ( c m )

Molaridad del etanol (MED)



76

sales de ácidos grasos, parecen ser los principales componentes de los recubrimientos orgánicosobservados en los suelos arenosos repelentes al agua.

FIGURA 2.9. Equipo soxhlet utilizado para hacer extracciones en suelos con solventes orgánicos.

FIGURA 2.10. Separación de los lípidos extraídos con una mezcla de etanol – benceno de un Andisol repelente alagua, bajo cobertura de Pinus patula.

Miller y Wilkinson (1977) sometieron suelos arenosos de un campo de golf a extracción con NaOH y, por el comportamiento que presentó el extracto: espectro infrarrojo casi idéntico al deun ácido fúlvico publicado por Stevenson y Goh, el color pardo rojizo oscuro, la falta de precipitado al acidificar, su naturaleza no cristalina y su alto coeficiente de extinción,concluyeron que la composición de los recubrimientos orgánicos que estaban causando larepelencia al agua en los suelos estudiados correspondía a la de los ácidos fúlvicos. En unespectro UV que hicieron para el extracto obtuvieron una banda amplia de absorción en 208 nm,característica de los grupos COOH.

Roberts y Carbon (1972) hicieron extracciones en suelos arenosos de Australia para retirar deellos sustancias potencialmente hidrofóbicas. Utilizaron dietil-eter para extraer aceite, grasa ycera y etanol para extraer resinas; también utilizaron una mezcla de etanol-benceno para remover

LÍPIDOS



77

lípidos y resinas. Algunas muestras fueron sometidas a tamizado antes de hacerles la extracciónen el soxhlet. Sólo algunas de las muestras que fueron agitadas por el tamizado redujeronsensiblemente su grado de repelencia al agua, en las demás, las cantidades de materialesorgánicos extraídos no fueron suficientes para erradicar la repelencia al agua de los suelos. Lamayor eficiencia en la extracción se obtuvo sometiendo las muestras a la acción de una mezcla deetanol-benceno durante 24 horas, después de haber sido agitadas, con lo que se extrajo alrededorde 18 % de materia orgánica de la muestra.

Ma’shum et al (1988) utilizaron varios solventes orgánicos para extraer los compuestoshidrofóbicos de suelos australianos. Luego de someter las muestras a extracción en aparatossoxhlet hasta que el solvente pasaba limpio a través de ellas, los suelos fueron secados a 105 °C ysu grado de repelencia al agua evaluado mediante el MED. Además, los materiales extraídosfueron adicionados a arenas cuarcíticas lavadas a las que se les determinó luego el MED. Laúnica extracción que eliminó completamente la repelencia al agua en el suelo fue la que se hizocon una mezcla de isopropanol-amoniaco (7 : 3, v : v). Además, los solventes menos eficientes enla remoción de la repelencia al agua fueron los no polares utilizados: cloroformo, éter ytetracloroetileno. Algunos de los principales resultados de este trabajo se presentan en la Tabla2.6.

TABLA 2.6. Grado de repelencia al agua (MED) de un suelo de Australia sometido a extracción con variossolventes orgánicos y de una arena lavada a la que se le adicionaron los extractos obtenidos del sueloen una dosis 400 mg de material extraído kg-1 de arena. Datos tomados de Ma’shum et al (1988).

MED (M) enSolvente Suelo después del lavado

(MED original = 3.5 M)Arena lavada con ácido

después de agregarle extractodel suelo

Cloroformo 3.5 5.0Tetracloroetileno 3.5 5.0Éter 3.0 5.2n-Propanol 2.2 2.6Benceno : Etanol (2 : 1, v : v) 2.0 4.8Metanol 0.6 2.7Isopropanol : agua (7 : 3, v : v) 0.1 2.9Isopropanol : amoniaco (7 : 3, v : v) 0.0 2.9

En la tabla anterior se aprecia que algunos de los solventes no redujeron el grado de repelencia alagua en el suelo, después de haber sido lavado con ellos. Sin embargo, al observar el efecto quetuvieron sobre el grado de repelencia que se generó en la arena, después de haberla impregnadocon el extracto, se concluye que todos los solventes extrajeron algunos compuestos de carácter

hidrofóbico del suelo. Hay una especificidad de los solventes por ciertos tipos de compuestoshidrofóbicos aunque, obviamente, no todos ellos tienen la misma importancia en la expresión delfenómeno en el suelo. Podría pensarse, además, que en el suelo se presentan algunasinteracciones entre los compuestos hidrofóbicos, o entre ellos y otros componentes del suelo, quehacen que la repelencia al agua se manifieste o no bajo determinadas circunstancias.



78

Jaramillo (1996b) estudió 15 muestras de Andisoles con diferentes coberturas vegetales: Pinus patula, 12 muestras;Cupressus lusitanica, la muestra codificada como PBC1-1 y pasto kikuyo( Penisetum clandestinum), con antecedentes de plantación de ciprés, las muestras PS1 y PS2.Algunas de las muestras se tomaron relacionadas verticalmente: NV1 y NV2; PBT1 y PBT2 yPS1 y PS2; las del numero 2 se tomaron debajo de las del numero 1, teniendo en cuenta parasepararlas, diferencias en el grado de repelencia al agua que presentaban en campo; la muestraPBT2 corresponde a un horizonte B, debido a que el horizonte A de este sitio es muy delgado;todas las otras muestras se ubicaron dentro del horizonte A del suelo.

Los resultados obtenidos en el grado de repelencia al agua, después de someter las muestras aextracción sucesiva, primero con una mezcla de etanol-benceno y luego con una mezcla deisopropanol-amoniaco, en un aparato soxhlet, se presentan en la Tabla 2.7.

TABLA 2.7. Grado de repelencia al agua en Andisoles antes y después de ser sometidos a extracción con una mezclade etanol-benceno y luego con una mezcla de isopropanol-amoniaco. Datos tomados de Jaramillo

(1996b).

WDPT (s) después de la extracción conCódigo de la muestra WDPT (s)Original Etanol : Benceno Isopropanol : Amoniaco

R1-2 > 3600 > 3600 148.70 NV1 > 3600 > 3600 4.27L9 > 3600 > 3600 2.82L8 > 3600 > 3600 2.33S1-10 > 3600 > 3600 1.78PBC1-1 > 3600 > 3600 0.83Z3 > 3600 10.79 0PBT1 2794.89 2433.87 0L1-2 135.86 63.70 1.15

Z4 23.55 2.32 0 NV2 12.10 2.22 1.07Z2 2.66 0 0PBT2 0 0 0PS1 68.61 11.85 2.75PS2 3.75 0.86 0

En la tabla anterior se observa que el valor del WDPT en varias muestras permanece sin variardespués de la extracción con etanol-benceno y que, en todos los casos, la extracción conisopropanol-amoniaco redujo considerablemente el grado de repelencia al agua en las muestras,aunque en varias de ellas permaneció algún remanente de repelencia que, como en el caso de lamuestra codificada como R1-2, tuvo un valor muy alto. De todas formas, en estos resultadostambién se observan la selectividad de los extractantes y/o las posibles interacciones que semencionaron anteriormente para los resultados de Ma’shum et al (1988).

Las diferencias en el comportamiento de las muestras trabajadas por Jaramillo (1996b) sematerializan en las diferencias en color que presentan los extractos obtenidos, tanto entre losmismos solventes con muestras de diferente procedencia, como entre solventes distintos conmuestras del mismo origen, como puede verse en la Figura 2.11.



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FIGURA 2.11. Diferentes colores de los extractos obtenidos con mezclas de etanol-benceno (E/B) y de isopropanolamoniaco (I/A) en Andisoles repelentes al agua de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajocobertura de Pinus patula.

Jaramillo (2000) hizo una caracterización preliminar de los extractos obtenidos con las muestrasde Jaramillo (1996b), obteniendo resultados como los que se exponen en la Tabla 2.8.

TABLA 2.8. Relación E4/E6 de los espectros UV-VIS de los extractos de Andisoles repelentes al agua del orienteantioqueño, obtenidos con una mezcla de etanol-benceno y de isopropanol-amoniaco. Datos deJaramillo (2000).

RelaciónE4/E6 en el extracto conCódigo de la muestra etanol-benceno isopropanol-amoniacoL1-2 11.90 9.84L8 10.33 9.18L9 12.46 6.92

NV1 10.79 8.88 NV2 14.50 9.64

PBC1-1 14.53 7.68PBT1 10.00 7.61PBT2 11.08 8.18PS1 15.86 8.54PS2 14.29 8.15R1-2 4.63 8.18S1-10 8.30 10.58

Z2 16.63 6.35Z3 14.70 6.25Z4 15.02 8.58



81

carbonilo y el contenido de nitrógeno total decrecen en el sentido: Rp > Po > B > A, en tanto queel contenido de grupos hidroxilo y metoxilo decrece en el sentido: A > B > Po > Rp.

En la Tabla 2.9 se presentan los valores obtenidos para ellog k en los extractos con cada una delas mezclas utilizadas para lavar las muestras de los suelos analizados, así como el tipo desustancia orgánica que predomina en cada muestra y en cada extracto, utilizando la terminología propuesta por Kumada (1987) para identificarla.

TABLA 2.9. Tipo general de sustancias orgánicas extraídas de Andisoles repelentes al agua de la cuenca de laquebrada Piedras Blancas, oriente antioqueño, con mezclas de etanol-benceno y de isopropanol-amoniaco. Datos de Jaramillo (2000).

Extracto con etanol-benceno Extracto con isopropanol-amoniacoCódigo de lamuestra log k TIPO log k TIPO

L1-2 1.08 Rp 0.89 Rp

L8 1.01 Rp 0.88 RpL9 1.10 Rp 0.93 Rp NV1 1.03 Rp 0.98 Rp NV2 1.16 Rp 0.80 Rp/B

PBC1-1 1.16 Rp 0.91 RpPBT1 1.00 Rp 0.84 RpPBT2 1.05 Rp 0.93 RpPS1 1.20 Rp 0.99 RpPS2 1.16 Rp 0.91 RpR1-2 0.67 B 0.80 Rp/BS1-10 0.92 Rp 0.95 Rp

Z2 1.22 Rp 0.96 RpZ3 1.17 Rp 1.02 RpZ4 1.18 Rp 0.91 Rp

En la Tabla 2.9 se ve que las sustancias orgánicas extraídas por ambas mezclas de solventescorresponden, en su gran mayoría, al tipo Rp; así mismo, los valores delog k tienden a sermenores en los extractos obtenidos con la mezcla de isopropanol-amoniaco, lo que indica queesta mezcla es capaz de extraer compuestos con mayor grado de humificación que los removidos por la mezcla de etanol-benceno, aunque en ambos casos los materiales extraídos son pocoevolucionados, desde el punto de vista de la humificación.

El extracto de la muestra R1-2, con etanol-benceno, contiene sustancias orgánicas tipo B y el deesta muestra y el de la muestra NV2, obtenidos con isopropanol-amoniaco, presentan compuestosque están en el límite entre los tipos Rp y B; en estas muestras, los compuestos extraídos

presentan un mayor grado de humificación que en las demás.Al comparar los resultados de muestras provenientes de las mismas plantaciones, como son lasmuestras Z2, Z3 y Z4, así como las muestras L1-2, L8 y L9, se observa también que entre ellashay diferencias en los valores delog k que presentan; todas las diferencias analizadas puedenestar relacionadas con diferencias en el tipo e/o intensidad de uso que presentaban los suelosantes de la explotación actual, lo cual pudo inducir diferencias importantes en el tipo y/o cantidad



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de material orgánico aportado al suelo, con la consecuente diferencia en los productos que en élse acumularon, por efecto de los procesos de humificación a que estuvieron sometidos.

Las sustancias orgánicas de tipo Rp encontradas, corresponden en su gran mayoría al subtipoRp(2), pues provienen de horizontes con alto contenido de material orgánico fresco; sólo losmateriales de las muestras PS2, NV2 y PBT2, corresponden al subtipo Rp(1), ya que provienende horizontes A ó B del suelo (Jaramillo, 2000).

Los resultados encontrados por Jaramillo (2000) concuerdan con lo que han encontrado otrosinvestigadores, en el sentido de que los compuestos que inducen hidrofobicidad en el suelo,corresponden a una fracción de la materia orgánica que tiene un bajo grado de humificación(Giovannini y Lucchesi, 1984; Ma’shum et al, 1988; Jaramillo, 1992, 1996b; Jaramillo et al,1997; entre otros). Téngase en cuenta que investigadores como Robert y Carbon (1972) afirmanque depósitos de materiales orgánicos frescos pueden producir repelencia al agua en el suelo yCrockford et al (1991), Bisdom et al (1993) y Franco et al (1995) han comprobado que hay unaestrecha relación entre la repelencia al agua que exhiben los suelos y la cantidad de materiaorgánica relativamente fresca y finamente dividida que tenga ese suelo.

Como en los lavados hechos con solventes orgánicos se ha visto que la polaridad de los solventeses un factor determinante en la extracción de los compuestos hidrofóbicos almacenados en elsuelo, Jaramillo et al (1997) diseñaron un experimento para someter un suelo fuertementerepelente al agua a extracciones con mezclas de solventes de diferente grado de polaridad yobservar el comportamiento del grado de repelencia al agua después de cada lavado.

Al someter el suelo a extracciones exhaustivas con mezclas de polaridad entre 0 y 6, en ordencreciente y decreciente de polaridad y, después de cada extracción, determinarles el WDPT,Jaramillo et al (1997) obtuvieron los resultados que se exponen en la Tabla 2.10.

TABLA 2.10. Grado de repelencia al agua (WDPT en segundos) adquirido por un Andisol después de ser sometidoa lavados sucesivos y exhaustivos con mezclas de solventes orgánicos de diferente polaridad, en dossentidos de extracción: Aumentando y disminuyendo el nivel de polaridad de las mezclas. Datos deJaramillo et al (1997).

WDPT (s) después de lavar con mezcla de polaridadOrden de laextracción* 0 1 2 3 4 5 6

Ascendente > 1800 > 1800 > 1800 > 1800 > 1800 60 0Decreciente > 1800 > 1800 > 1800 > 1800 > 1800 0 > 1800* Ascendente empieza el lavado con polaridad 0 y termina con polaridad 6. Descendente empieza con polaridad 6 y termina con polaridad 0.

De la tabla anterior vale la pena resaltar:Al hacer los lavados con las mezclas de polaridad en sentido creciente, las polaridadesmás altas son las únicas capaces de eliminar totalmente la repelencia al agua en el suelo,convirtiéndolo en completamente humectable al final de la extracción.Cuando se hacen los lavados en sentido decreciente de polaridad, sólo la polaridad 5 escapaz de eliminar completamente la repelencia al agua en el suelo pero, si se continúa el



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TABLA 2.11. WDPT (s) inducido en un Andisol humectable y en arena cuarcítica lavada por la adición de extractos provenientes de un Andisol repelente al agua obtenidos con mezclas de polaridad 5 y 6 bajodiferentes condiciones iniciales de lavado (promedio de 5 determinaciones). Datos de Jaramillo et al

(1997).WDPT (s) después del tratamiento, enTratamiento* Andisol humectable Arena lavada

T0 0 0T1 1.81 ± 0.36** 0E1 1.2 ± 0.42 1.51 ± 0.23E2 0.93 ± 0.14 0.66 ± 0.05E3 8.28 ± 0.61 22.76 ± 2.14E4 4.7 ± 0.35 19.98 ± 1.89E5 6.11 ± 1.29 4.93 ± 0.44E6 10.33 ± 1.6 4.7 ± 0.17E7 2.39 ± 0.47 1.09 ± 0.11

E8 0.65 ± 0.04 172.95 ± 11.8E9 0.79 ± 0.12 2.47 ± 0.22E10 8.29 ± 1.34 29.43 ± 1.89E11 6.03 ± 1.15 34.34 ± 1.92

* T0: Testigo absoluto sin extracto y sin solventes. T1: Testigo al que se le aplicó mezcla con polaridad5 pero ningún extracto.

** Promedio ± desviación estándar.

Los resultados de la tabla anterior ponen de manifiesto:

Primero: Grandes diferencias en el grado de repelencia al agua que se desarrolla en lasmuestras, relacionado con el origen de los extractos añadidos a ellas.Segundo: Grandes diferencias en el grado de repelencia al agua que se desarrolla en lasmuestras de suelo y de arena, cuando se les adiciona el mismo extracto.Tercero: Una tendencia a producir un mayor grado de repelencia al agua en la arena conla mayoría de los extractos utilizados.Cuarto: En el suelo, que posee algo de materia orgánica, la aplicación de los solventessolos es capaz de generar algo de repelencia al agua, lo que implica que hubo algunainteracción entre ellos y la fracción orgánica nativa del suelo.Quinto: La interacción entre los componentes del suelo y los solventes tiende a reducir elgrado de repelencia al agua que se puede generar en el suelo por la adición de nuevoscomponentes hidrofóbicos al mismo. Aparentemente hay una especie de capacidadamortiguadora de la repelencia al agua por parte del suelo que no tiene la arena, debido asu carácter físico-químico inerte.Sexto: Se observa que la concentración de los materiales orgánicos no es el único factorque controla el grado de repelencia al agua que puede desarrollar un suelo; también hayun componente de composición de esos materiales que juega un papel fundamental en lamanifestación del fenómeno.

Para detallar aún más la complejidad de la repelencia al agua en el suelo y la variedad decomponentes que se encuentran comprometidos en ella, Jaramillo et al (1997) mezclaron los



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extractos obtenidos del lavado del Andisol repelente al agua con las mezclas de polaridad 5 y 6 ylos sometieron a una separación por cromatografía de capa fina; con este procedimientoobtuvieron 11 fracciones de compuestos; adicionaron cada una de las fracciones a un Andisolhumectable y a una arena cuarcítica lavada con ácido y evaluaron el grado de repelencia al aguaque generaban; los resultados de este ensayo se presentan en la Tabla 2.12.

TABLA 2.12. Grado de repelencia al agua (WDPT en segundos) inducido en un Andisol humectable y en arenacuarcítica lavada por la adición de las diferentes fracciones componentes de un extracto obtenido dellavado de un Andisol severamente repelente al agua con una mezcla de solventes con polaridades 5 y6. Datos de Jaramillo et al (1997).

WDPT (s) enFracción* Andisol humectable Arena cuarcítica lavada1 > 1800 > 18002 12.5 ± 3.42** 0.70 ± 0.033 5.2 ± 2.28 7.65 ± 1.094 55.8 ± 21.6 225.34 ± 19.05 6.3 ± 0.58 > 18007 77.8 ± 13.0 743.85 ± 33.448 32.6 ± 6.5 584.52 ± 25.749 22.7 ± 6.24 145.69 ± 10.5410 31.3 ± 7.09 1.05 ± 0.0911 2.0 0

* El número indica el orden en que se fueron recuperando las fracciones. Las fracciones 5 y 6 fueronmuy similares y se mezclaron en la 5.

** Promedio de 5 replicaciones ± desviación estándar.

También en los resultados de la Tabla 2.12 se presentan diferencias notables entre el grado derepelencia al agua que induce una determinada fracción en los dos materiales utilizados para probarla. Además, con la mayoría de las fracciones, en la arena se genera mayor grado derepelencia al agua que en el suelo, confirmándose el posible efecto amortiguador que tiene elsuelo frente a la hidrofobicidad.

Los resultados de las Tablas 2.11 y 2.12 muestran que hay unos compuestos hidrofóbicos que soncapaces de manifestarse por sí mismos, es decir, inducen repelencia al agua en materiales inertescomo la arena, mientras que hay otros que se manifiestan sólo cuando pueden interactuar conotros componentes, como en el caso del suelo. Esto llevó a Jaramillo et al (1997) a definir dostipos de repelencia al agua:

Hidrofobicidad activa: Aquella que se manifiesta cuando hay otros compuestos queinteractúan con los hidrofóbicos, es decir, la que se manifiesta en el suelo.Hidrofobicidad posible: La que se expresa por sí misma cuando los compuestosorgánicos son adicionados a materiales inertes como la arena cuarcítica lavada con ácido.Obviamente puede pasar a ser activa cuando encuentre las condiciones adecuadas parainteractuar con los otros compuestos que requiere.



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La diferenciación hecha en el párrafo anterior implica que el uso de la arena cuarcítica lavada conácido como sustrato para probar la repelencia al agua de extractos obtenidos de materiales potencialmente hidrofóbicos, no siempre es adecuado para predecir el comportamiento de ellosen un suelo específico.

Las interacciones requeridas que se mencionaron anteriormente también fueron confirmadas porJaramillo et al (1997). Sometieron un Andisol humectable a lavado con los solventes de polaridades entre 0 y 6, recolectaron los extractos y los adicionaron a otro Andisol humectable, ala fracción entre 0.5 y 1 mm de arena cuarcítica lavada con ácido y a un Vertisol completamentehumectable, en dosis de 0.1 % de extracto seco con respecto al peso de la muestra de pruebautilizada. Se determinó el WDPT en las muestras secadas a 45 °C, 24 horas y dejadas atemperatura ambiente por 3 días. En la Tabla 2.13 se presentan los resultados obtenidos.

TABLA 2.13 WDPT (s) inducido en un Andisol humectable, en arena cuarcítica lavada y en un Vertisol humectable por la adición de extractos provenientes de un Andisol humectable, obtenidos con mezclas de

polaridad entre 3 y 6 (promedio de 5 determinaciones). Datos de Jaramillo et al (1997).

WDPT (s) inducido enPolaridad del extracto* Andisol humectable Arena lavada Vertisol humectableT0 0 0 03 2.13 ± 0.56** 0.94 ±0.05 04 7.63 ± 0.58 4.25 ± 0.45 05 1.21 ± 0.12 5.3 ± 0.44 06 6.63 ± 0.99 45.59 ± 3.4 0

* T0: Testigo absoluto: No se le aplicaron ni extracto ni solventes. Con las mezclas de polaridades 0, 1 y2 no se obtuvo material orgánico en la extracción.

** Promedio ± desviación estándar.

Obsérvese de la tabla anterior que:

El desarrollo de la repelencia activa al agua requiere interacciones específicas con algunosde los componentes del suelo: Nótese que los extractos que producen repelencia en elAndisol, no la ocasionan en el Vertisol.Los compuestos hidrofóbicos no están exclusivamente en suelos que manifiesten algúngrado de repelencia al agua. Los suelos humectables también los tienen, como lo hanobservado otros investigadores: Horne y McIntosh (2000) y Doerr et al (2002a).Se sigue presentando la alta variabilidad diferencial en la expresión de la repelencia alagua en los diferentes materiales utilizados para probarla.El Vertisol tiene una alta capacidad amortiguadora de la hidrofobicidad, posiblementedebida a su alto contenido de arcilla y/o al tipo de la misma.

Con los resultados expuestos en la Tabla 2.13 para el comportamiento de la arena, se hizo unaregresión entre el grado de repelencia al agua generado en ella y la polaridad del extracto que sele adicionó, obteniéndose el modelo que se presenta en la gráfica de la Figura 2.12. En la gráficamencionada se puede apreciar el gran efecto que tiene la composición específica de loscompuestos orgánicos sobre la repelencia al agua que se puede llegar a generar en los suelos.



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De la información que se ha presentado hasta aquí, acerca de la naturaleza de los compuestoshidrofóbicos que se acumulan en los suelos, es claro que se trata de compuestos que han tenidoun grado de humificación muy bajo y que, estrictamente hablando, no corresponden al humus delsuelo sino al componente orgánicos del mismo conocido como materia orgánica no húmica o,también, como precursores húmicos.

FIGURA 2.12. Relación entre la polaridad y el grado de repelencia al agua generado en arenas lavadas a las que seles agregaron diferentes extractos obtenidos de un Andisol humectable bajo cobertura de Pinus patula. Tomada de Jaramillo et al (1997).

Senesi et al (1983) concluyeron en sus estudios que los compuestos removidos del suelo porsolventes orgánicos no polares (benceno entre ellos), eran complejos alifáticos heterogéneoscompuestos de diversos lípidos como grasas, ceras, terpenos, esteroles, etc., los cuales sonsustancias consideradas no húmicas; al aumentar la polaridad de los solventes, encontraron queiba decreciendo el carácter alifático de los extractos, aumentaba su aromaticidad y se oscurecía sucolor.

Entre los grupos de compuestos orgánicos que más frecuentemente se han encontrado asociados

con la hidrofobicidad de los suelos, han sido identificados ácidos grasos de cadenas largas,(Ma’shum et al, 1988) y ácidos fenólicos (Giovannini y Lucchesi, 1984), con carácter alifático predominante.

Ma’shum et al (1988) encontraron que los materiales repelentes al agua extraídos de suelosaustralianos con una mezcla de isopropanol-amoniaco correspondían a ácidos grasos de cadenaslargas de entre 16 y 32 átomos de carbono, siendo los más abundantes los de 16 y 22 carbonos.



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Pérez et al (1998) analizaron 7 muestras de suelos brasileros, con diferente grado de repelencia alagua, mediante extracción con varios solventes orgánicos. Los extractos fueron fraccionados conun análisis de cromatografía de capa fina y las fracciones analizadas en un cromatógrafo degases. Encontraron que los compuestos responsables de la hidrofobicidad fueron n-alcanosalifáticos, ramificados o no, de 16 a 35 átomos de carbono y ácidos grasos libres de 14 a 34átomos de carbono, también ramificados o no. Concluyeron que las sustancias aisladas proveníande plantas superiores de la cobertura vegetal nativa de la zona, debido a que los alcanos másabundantes fueron los de 25, 27, 29, 31 y 33 carbonos que, a su vez, son predominantes en lasceras de los grupos de palmeras del sitio de trabajo.

Jaramillo (2000), con base en espectros infrarrojos y ultravioleta visibles de extractos obtenidosde Andisoles con diferentes grados de repelencia al agua, concluyó que los compuestosresponsables de la hidrofobicidad en dichos suelos correspondían a ácidos carboxílicos alifáticosde cadenas largas y que era poco probable la presencia de compuestos aromáticos en ellos.

Roy et al (1999) lavaron suelos repelentes al agua provenientes de derrames de petróleo convarios solventes orgánicos y sometieron los extractos a cromatografía de gases y espectroscopíade masas y encontraron que los compuestos repelentes al agua correspondían a series homólogasde compuestos orgánicos alifáticos policíclicos de cadena larga, principalmente n-ácidos grasos,n-alcanos y cicloalcanos, todos originados en el petróleo, más que en la vegetación o en losmicroorganismos.

Horne y McIntosh (2000) observaron que para remover efectivamente los compuestoshidrofóbicos de un suelo arenoso de Nueva Zelanda fue necesaria una mezcla de una base y unalcohol y, utilizando una mezcla de isopropanol-amoniaco, con ayuda de un aparato soxhlet,después de 4 horas de reflujo removieron toda la hidrofobicidad del suelo, la cual estuvocontrolada por dos grupos de compuestos: Lípidos y sustancias solubles en agua. Los lípidosincluían tres fracciones: Neutros, ácidos y polares. Las principales características de estos gruposde compuestos son:

Lípidos neutros: Son predominantemente alcanos de cadenas largas: entre 23 y 33átomos de carbono, con mayor abundancia de los de 29 carbonos y triglicéridos.Lípidos ácidos: Son ácidos grasos de cadenas largas. Los que se presentaron en mayorcantidad fueron los ácidos palmítico, palmitoleico, oleico y linoleico.Lípidos polares: Son principalmente ácidos húmicos de alto peso molecular, nodializables y cuya solubilidad depende del pH. Son solubles en cloroformo en medioácido y en agua en condiciones alcalinas.Compuestos solubles en agua: Son similares a los ácidos himatomelánicos de los ácidoshúmicos. Los compuestos de este grupo son solubles en acetato de etilo.

Horne y McIntosh (2000) adicionaron toda la fracción de lípidos que extrajeron de un suelorepelente al agua y de otro humectable a un grupo de suelos para estudiar el efecto de estosmateriales sobre el comportamiento de la repelencia al agua en ellos. Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 2.14. En esta tabla se aprecia cómo todos los lípidos, sin importar suorigen, incrementaron fuertemente el grado de repelencia al agua de todos los suelos donde seaplicaron. Además, hubo la tendencia a que el incremento en el MED fuera mayor cuando se



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aplicaban los lípidos extraídos del suelo humectable. Los resultados expuestos ponen demanifiesto la importancia del papel que juegan los lípidos en la repelencia al agua de los suelos.

TABLA 2.14. Efecto de la aplicación de lípidos extraídos de un suelo repelente al agua y de otro humectable, sobreel comportamiento de la repelencia al agua de varios suelos de Nueva Zelanda. Datos de Horne yMcIntosh (2000).

MED (M)Suelo Original

Después de aplicarlelípidos de suelo

repelente al agua*

Después de aplicarlelípidos de suelohumectable**

Waitarere arenoso 1.5 2.5 3.4Himatangi arenoso 2.7 3.3 3.6

Foxton negro arenoso 1.2 2.2 2.9Castlecliff arenoso 2.1 3.0 3.0

Manawatu franco arenoso fino 0 1.0 1.0* Extraídos del suelo Himatangi arenoso.** Extraídos del suelo Manawatu franco arenoso fino.

Franco et al (1995) concluyeron que la repelencia al agua que observaron en suelos arenosos deAustralia, era producida por un grupo de ceras hidrofóbicas que componían los recubrimientosorgánicos de los granos de arena y que también se encontraban en la materia orgánica particulada presente en dichas arenas. Franco et al (2000b) obtuvieron extractos hidrofóbicos de ceras polaresy no polares de las arenas y de varios componentes orgánicos y microbiológicos asociados conellas como litter de árboles, hojas y corteza de eucalipto, plantas de Lupinus sp. y de Medicagosp., así como de hongos y ascomicetos aislados del suelo. Todos los compuestos derivados delmaterial vegetal y de la arena fueron muy similares químicamente, predominando los ácidosgrasos de cadenas simples y ramificadas, ésteres de ácidos grasos, alcanos, fitoles, fitanoles yesteroles. Los ácidos grasos y los ésteres probablemente fueron los que dieron las característicashidrofóbicas a los componentes no polares, en tanto que los otros compuestos le imprimieron esecarácter a las ceras polares. Los extractos de los microorganismos fueron muy diferentes a losdemás, estando libres de fitoles todos y, además de esteroles, los actinomicetos.

2.4. RELACIÓN REPELENCIA AL AGUA – MATERIA ORGÁNICA

En muchos trabajos se ha intentado relacionar el grado de repelencia al agua del suelo con sucontenido de materia orgánica. En algunos de ellos se han logrado establecer relacionessignificativas estadísticamente, aunque con coeficientes de determinación relativamente bajos y poco satisfactorios desde el punto de vista de las posibilidades de hacer predicciones acerca de laeventual manifestación del fenómeno en un suelo dado, con un determinado contenido de materia

orgánica, como puede verse en la Tabla 2.15.Se observa en la Tabla 2.15 que cuando el modelo de regresión sólo incluye el contenidoorgánico del suelo, los coeficientes de determinación son muy bajos; cuando se recurre a unmodelo de regresión más complejo, el R 2 aumenta, lo que implica que hay ciertas interrelacionesentre componentes del suelo que ejercen algún control sobre la manifestación de la repelencia alagua en él, lo que confirma lo expuesto en párrafos anteriores acerca de la hidrofobicidad activa.



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Las interrelaciones mencionadas también se evidencian en la amplia variación que hay en losvalores de R 2, cuando se utilizan las mismas variables en el modelo pero en suelos diferentes.

TABLA 2.15. Algunas regresiones lineales estadísticamente significativas obtenidas entre el grado de repelencia alagua y el contenido de materia orgánica por algunos autores.

Expresión de larepelencia al agua

Expresión delcontenido de

materia orgánica*Otras variables

relacionadasR 2 delmodelo

(%)Fuente

Ángulo de contacto CO - 24 Scott (2000)Tensión superficial

crítica CO Área superficial delsuelo 46 Scott (2000)

Log WDPT Log CO - 36 McKissock et al (2003)Log WDPT Log CO Log Arcilla 37 McKissock et al (2003)Log WDPT Log CO Log Arcilla + Limo 54 McKissock et al (2003)

WDPT MO - 51 Mataix-Solera y Doerr (2004)Ángulo de contacto MO - 38 engönül (1987)

Log WDPT Log CO - 30 - 53 Harper y Hilkes (1994)Log WDPT Log CO Log Arcilla, Log Fe 63 Harper y Hilkes (1994)Log WDPT Log CO - 14 - 31 McKissock et al (1998)Log WDPT Log CO Log Arcilla 32 - 47 McKissock et al (1998)Log WDPT Log CO Log (Arcilla + Limo) 48 McKissock et al (1998)Log WDPT Log CO Log (Arcilla + Limo),

Log Arena fina 54 McKissock et al (1998)Log WDPT Log CO Log Limo 37 McKissock et al (1998)

MED** COT - 79 Wallis et al (1990a)WDPT** COT - 60 Singer y Ugolini (1976)

* CO: Carbono orgánico determinado por combustión húmeda.MO: CO expresado como contenidode materia orgánica.MOT: Contenido de materia orgánica por calcinación de la muestra.COT:MOT expresada en términos de carbono orgánico.

** En estos casos la relación se hizo con muestras tomadas en el sentido vertical, es decir, en el mismo perfil del suelo; en los demás casos, las muestras corresponden a los horizontes superficiales de lossuelos analizados

Nótese en la tabla anterior que los mayores valores de R 2 en la regresión simple de grado derepelencia al agua vs contenido orgánico, se presentan cuando ella se hace con muestras delmismo suelo tomadas con una distribución vertical en su perfil, lo cual puede deberse, precisamente, a que así se están eliminando factores de distorsión originados por cambios en loscomponentes inorgánicos del suelo, en el tipo de material orgánico que se le ha aportado a travésdel tiempo, en su población microbial, en su pedogénesis, etc.

En la Figura 2.13 se presenta la relación obtenida entre el grado de repelencia al agua deAndisoles secados al aire de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajo cobertura de Pinus

patula, y el contenido de materia orgánica que ellos poseían. En la primera gráfica se muestra larelación estrecha que se presentó entre el contenido de materia orgánica determinado porcalcinación (materia orgánica total) y el determinado por combustión húmeda; sin embargo, aldiscriminar los valores de materia orgánica según las clases de WDPT propuestas por Dekker yJungerius (1990), es evidente, por lo menos en la clase 4 que tiene suficiente cantidad demuestras, que no hay ninguna relación entre el contenido de materia orgánica y el WDPT delsuelo.



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Cuando en la Figura 2.13 se graficaron los valores del contenido de materia orgánica contra elMED o contra el ángulo de contacto es obvio que no hay una buena relación entre las variables y,cuando se utilizó la materia orgánica total, la relación con la repelencia al agua fue más caóticaque con la materia orgánica determinada por combustión húmeda, por lo que esta última es la quese muestra en la Figura 2.13.

Mediante un análisis de regresión se obtuvo un modelo lineal estadísticamente significativo (P <0.01) entre el contenido de materia orgánica y el MED, aunque con un coeficiente dedeterminación supremamente bajo (R 2 = 10%). Ninguno de los métodos utilizados para evaluar elgrado de repelencia al agua en estos suelos severamente repelentes al agua es capaz de diferenciar pequeñas variaciones en la hidrofobicidad y relacionarlas con variaciones en la cantidad demateria orgánica almacenada en el suelo.

FIGURA 2.13. Relación entre el grado de repelencia al agua, medida por varios métodos y en muestras secas alaire, y el contenido de materia orgánica en Andisoles bajo cobertura de Pinus patula (n = 76). Enlas dos gráficas inferiores, el contenido de materia orgánica se determinó por combustión húmeda.



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En otro experimento se tomaron muestras del horizonte A de Andisoles bajo diferentes coberturasvegetales, también en la cuenca de la quebrada Piedras Blancas; se secaron en estufa a 35 y a 105°C para evaluarles la repelencia al agua; al relacionar la repelencia con el contenido de materiaorgánica (por combustión húmeda) se presentaron los resultados que se aprecian en la Figura 2.14con los que se obtuvieron regresiones significativas estadísticamente entre el Log del contenidode materia orgánica y la repelencia a 35 y a 105 °C, aunque con coeficientes R 2 de 30% y 21%,respectivamente.

FIGURA 2.14. Relación entre el contenido de materia orgánica (por combustión húmeda) y el WDPT de muestrasde Andisoles repelentes al agua de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajo diferentescoberturas vegetales, después de ser secados a 35 y a 105°C. (n = 85).

Algunas de las muestras recolectadas para el experimento anterior fueron fraccionadas en dostamaños: Entre 1 y 2 mm y < 1 mm; se les determinó el contenido de materia orgánica porcombustión húmeda en cada una de las fracciones y el WDPT después de secarlas a 35 °C. Sehicieron análisis de regresión lineal simple y se obtuvieron los resultados de la Tabla 2.16. Eneste ensayo se siguen obteniendo coeficientes de determinación relativamente bajos y se apreciaque cuando las determinaciones se llevan a cabo en muestras tamizadas a 1 mm, dichoscoeficientes mejoran un poco. Al hacer un análisis de comparación de muestras para las variablesrelacionadas, mediante la prueba de Kruskal-Wallis, no se encontró diferencia significativa entreellas.

TABLA 2.16. Relación entre el contenido de materia orgánica por combustión húmeda (MO) y el WDPT enmuestras de Andisoles bajo diversas coberturas vegetales, secadas a 35 °C y fraccionadas en dostamaños: entre 1 y 2 mm y < 1 mm (n = 28).

Variables relacionadasDependiente Independiente

R 2 Valor de P

WDPT sin fraccionar* MO sin fraccionar* 50.66 0.0000WDPT < 1 mm MO < 1 mm 53.58 0.0000WDPT 1 a 2 mm MO 1 a 2 mm 42.35 0.0007

* Muestras tamizadas a 2 mm.

Harper y Gilkes (1994) agruparon los suelos que trabajaron en 5 Clases de Campo, con base en latextura y la consistencia en seco del horizonte Ap e hicieron regresiones lineales entre el grado de



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repelencia al agua {log (WDPT)} y el contenido de carbono orgánico {log (C.O.)} dentro de cadaclase; encontraron que en algunas clases se presentaba una relación significativa entre dichasvariables, pero con coeficientes de determinación (R 2) menores de 0.5; concluyeron de susanálisis que el papel de la materia orgánica en la generación de repelencia al agua en el suelodecrece en la medida en que se incrementa el contenido de arcilla en él.

Con respecto a la manifestación de la repelencia al agua hay una buena cantidad deinvestigadores que han concluido de sus trabajos que “no es la cantidad sino el tipo de materiaorgánica que tenga el suelo, lo que hace que se manifieste la repelencia al agua en él”:DeBano et al (1970), Singer y Ugolini (1976), Jaramillo (1992), Wallis et al (1993), Pérez et al(1998), Hallett et al (2001), Peng et al (2003), entre muchos otros.

La afirmación anterior se puede ilustrar con los resultados que presentan algunos investigadoresdonde resaltan las pequeñas cantidades de material que se requieren para generar repelencia alagua. Por ejemplo, Savage et al (1969a) establecieron que la concentración mínima de ácidoshúmicos requerida para generar repelencia al agua detectable en arenas lavadas es de 0.05% y ensuelo franco arenoso tamizado a 1 mm, es de 0.5%.

DeBano et al (1970) encontraron que extractos con concentración de 0.02% de material orgánico produjeron repelencia al agua en arenas y DeBano, citado por Wallis et al (1993), al observar lasinconsistencias entre el contenido de materia orgánica y el grado de repelencia al agua, concluyóque sólo una fracción de la materia orgánica total era responsable por la repelencia.

McGhie y Posner (1980) obtuvieron ángulos de contacto mayores a 90° en arena calcinada, alagregarle apenas 4% de litter molido a menos de 100m y McGhie y Posner (1981), conadiciones de 2% de materia orgánica ( 0.9% de carbono orgánico), como litter molido a menosde 1 mm, causaron repelencia severa al agua en arenas calcinadas.

Giovannini et al (1983) aplicaron un extracto obtenido con una mezcla de etanol-benceno de unsuelo repelente al agua de Italia, a una arena y, con dosis de 0.1%, generaron un WDPT de 240segundos, mientras que con una dosis de 0.25%, la arena se tornó completamente repelente alagua.

Jaramillo et al (1997) lavaron raíces molidas de Pinus patula con una mezcla de solventesorgánicos de polaridades 5 y 6 y el extracto obtenido lo aplicaron a una arena lavada, enconcentración de 0.4%, generando un WDPT de 3.74 segundos. Además, extractos obtenidos deAndisoles repelentes al agua con solventes de diferentes polaridades, aplicados a Andisoleshumectables y a arenas lavadas en dosis de 0.1%, produjeron repelencia al agua detectable y dediversos grados, dependiendo de la polaridad del extracto.

La afirmación de que no es la cantidad sino la calidad de la materia orgánica la que controla larepelencia al agua también se soporta en otros trabajos que, sin ofrecer datos concretos decontenidos orgánicos, llegan a esa misma conclusión. Fink (1970) mostró que el grado derepelencia al agua, en arenas humectables, se iba incrementando rápidamente al adicionarle



CAPÍTULO 3

SEVERIDAD, PERSISTENCIA YVARIABILIDAD DE LA

REPELENCIA AL AGUA EN EL SUELO

3.1. SEVERIDAD DE LA REPELENCIA AL AGUA.............................................................97 3.1.1. MARCO CONCEPTUAL............................................................................................973.1.2. EVALUACIÓN DE LA SEVERIDAD DE LA REPELENCIA AL AGUA:MÉTODO MED.....................................................................................................................98

3.2. PERSISTENCIA DE LA REPELENCIA AL AGUA.....................................................1043.2.1. MARCO CONCEPTUAL..........................................................................................1043.2.2. EVALUACIÓN DE LA PERSISTENCIA DE LA REPELENCIA AL AGUA EN ELSUELO: MÉTODO WDPT .................................................................................................105

3.3. VARIABILIDAD DE LAS MEDIDAS DE LA REPELENCIA AL AGUA EN LOS SUELOS...................................................................................................................................108

3.3.1. VARIABILIDAD ALEATORIA...............................................................................1093.3.2. VARIABILIDAD ESPACIAL...................................................................................1293.3.3. VARIABILIDAD TEMPORAL ................................................................................138



Casi nunca se hace diferencia entre los términos “severidad” y “persistencia” de la repelencia alagua en el suelo; generalmente se toman como sinónimos cuando se hace referencia al grado o ala intensidad con que se presenta este fenómeno. En la práctica esta laxitud en el uso de lostérminos no induce mayores complicaciones en la caracterización y manejo de este problema enel suelo pero, desde el punto de vista teórico, hay diferencias importantes entre los dos conceptosque es bueno conocer.

3.1. SEVERIDAD DE LA REPELENCIA AL AGUA

3.1.1. MARCO CONCEPTUAL

La severidad de la repelencia al agua es el grado de resistencia que opone el suelo alhumedecimiento por el agua, durante un tiempo limitado de contacto entre las fases sólida ylíquida (Roy y McGill, 2002). Doerr et al (2000) la definen con la pregunta “¿qué tan fuertementees repelida el agua por el suelo?”.

Según Roy y McGill (2002), la repelencia al agua es una función de la química superficial delsuelo, es decir, de la actividad química de las superficies de sus sólidos. Apuntan los autores que,más específicamente, es una función de la energía libre de la interfase sólido-gas en el suelo( SG): En los suelos repelentes al agua,SG es menor que en los suelos humectables. ComoSG nose puede medir directamente en laboratorio y, habiendo una relación directa entreSG y el ángulode contacto (ver Numeral 1.1.2), este ángulo se toma como un buen estimador deSG: Cuando< 90°, el agua desplaza al aire y humedece espontáneamente el suelo.

La relación entre el ángulo de contacto ySG que se presenta en la Fórmula 1.1 está definida parauna superficie plana, cuando está en condiciones de equilibrio. Resulta que el ángulo de contactoen el suelo va cambiando a medida que trascurre el tiempo de contacto entre el agua y él (Carrilloet al, 1999; Letey et al, 2000; Roy y McGill, 2002) por lo que, si se quiere conocer la repelenciaoriginal del suelo al agua, hay que medir el ángulo de contacto inicial, es decir, el que se forma almomento de colocar el agua sobre el suelo, el cual no es realmente un ángulo de contacto enequilibrio y es difícil de medir. Este ángulo lo llaman Roy y McGill (2002) “ángulo de contactode avance inicial” y Carrillo et al (1999) han propuesto un método para estimarlo, mediante lamedición en laboratorio de los parámetros de la siguiente relación:

1/cos 2/1W ND [ 2.1 ]

Donde: : Ángulo de contacto de avance inicial. ND: Tensión superficial de la solución de etanol que moja el suelo con = 90°.W: Tensión superficial del agua.



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Watson y Letey (1970), estudiando la relación ángulo de contacto-tensión superficial consoluciones de etanol de variada tensión, observaron que en las curvas tensión superficial vstiempo de penetración de una gota de solución, cuando el tiempo se acercaba a cero, la curva sevolvía asintótica al eje de la tensión, por lo que no se puede determinar, en la gráfica, la tensión para una gota que entra inmediatamente al suelo; ésto obligó a los autores a definir un tiempo pequeño de observación para definir ND, que originalmente se estableció en 5 segundos.

La NDque se obtiene con las soluciones de etanol indica la repelencia inicial o inherente al suelo,antes de que se produzca cualquier interacción entre él y el líquido que se le aplicó y muestra latensión superficial a la cual el líquido penetra en el suelo, por lo que es un parámetro importanteen el manejo de surfactantes: El surfactante debe ser preparado con una tensión superficial menorque ND (Watson y Letey, 1970).

3.1.2. EVALUACIÓN DE LA SEVERIDAD DE LA REPELENCIA AL AGUA: MÉTODOMED

3.1.2.1. Desarrollo y factores que la afectan

Watson y Letey (1970) propusieron utilizar la tensión superficial de un líquido que humedecierael suelo con un ángulo de contacto de 90º ( ND) como un “índice de repelencia al agua”. Paraevaluar esta característica prepararon soluciones acuosas de etanol con diferentes tensionessuperficiales y colocaron gotas de estas soluciones sobre el suelo; la tensión superficial de lasolución cuya gota penetró en el suelo en 5 segundos se asumió que era la tensión superficial dela solución que humedeció el suelo con un ángulo de 90º y se tomó como el índice de repelenciaal agua buscado (Letey et al, 2000), expresándolo en dinas cm-1.

King (1981) propuso algo similar a lo anterior pero, en lugar de expresar el índice como tensiónsuperficial, lo expresaba como la concentración (molaridad) de la gota de la solución de etanolque penetraba en el suelo en 10 segundos: Esta variante dio origen al método conocido comoMED: Molarity ofEthanolDroplet, de amplia aceptación y uso hasta hoy.

Posteriormente, Dekker y Ritsema (1994b) variaron el método de preparación de las solucionesde etanol, estableciendo su concentración en porcentaje y cuantificando el grado de repelencia alagua como “el menor porcentaje de alcohol de la solución de etanol que penetra en el suelo en 5segundos o menos”.

En el desarrollo del método también se han presentado variaciones en el tiempo recomendadocomo límite para la penetración de la gota de solución: Watson y Letey (1970) recomiendan untiempo de 5 s; King (1981) un tiempo de 10 s y Crockford et al (1991) sostienen que es mejor untiempo de 3 s.

Jaramillo (2001b) realizó análisis de regresión para establecer modelos que predijeran el MED enmuestras repelentes al agua.. Para tal efecto seleccionó, de entre muchas (ver Tabla 3.6), 5muestras de Andisoles repelentes al agua en las cuales la determinación del MED incluyósoluciones con concentraciones de etanol que gastaron más de 10 segundos para entrar en el



99

suelo. En cada una de las muestras se ensayaron varios modelos de regresión simple,relacionando la molaridad de la solución de etanol con el tiempo y con el logaritmo del tiempogastado por ella en penetrar en la muestra, teniendo en cuenta las 5 replicaciones de cada una.

El modelo que mejor se ajustó a los datos fue el cuadrático con los valores de tiempotransformados a logaritmo pero el que mejor estimó el valor del MED fue el modelomultiplicativo de la forma y = a xb, con los valores de tiempo sin transformar y utilizando untiempo límite de observación de 5 s. Jaramillo (2001b) validó el modelo obtenido estimando elMED de muestras en las que se había medido el tiempo de entrada de varias soluciones de etanolal suelo, encontrando los valores de MED que se presentan en la Tabla 3.1.

TABLA 3.1. Valores MED estimados con un modelo de regresión multiplicativo y con un tiempo límite deobservación de 5 s, utilizando el tiempo sin transformar, en muestras seleccionadas de Andisolesrepelentes al agua del oriente antioqueño. (Datos de Jaramillo, 2001b).

Valor MED (M)Muestra (código) Original medido* Estimado con el modeloS1-8 Entre 5.4 y 5.2 5.4R1-2 Entre 5.2 y 5.0 5.2L1-1 Entre 4.6 y 4.4 4.8S1-4 Entre 4.6 y 4.4 4.8R3-2 Entre 4.2 y 4.0 4.8S1-5 Entre 4.4 y 4.2 4.5Z3 Entre 4.2 y 4.0 4.3

S1-3 Entre 4.0 y 3.8 4.2C3-1 Entre 4.2 y 4.0 4.0S1-10 Entre 3.2 y 3.0 3.6S1-9 Entre 3.2 y 3.0 3.4

* Se presenta el rango de molaridades entre las que está el tiempo de penetración de 10 s.En los resultados de la tabla anterior se observa una buena aproximación para el MED estimado,con una aparente desviación mayor en los resultados a medida que la severidad de la repelenciadisminuye. Obsérvese, además, que con las muestras analizadas se cubre buena parte del rango devalores MED que ocasionan problemas importantes de repelencia en el suelo ( > 1.6 M, segúnKing, 1981), estableciéndose así que no hay restricción para utilizar el procedimiento descrito para estimar aquel valor, en relación con la magnitud del problema.

La regresión necesaria puede establecerse utilizando 5 ó 6 soluciones de etanol, con diferentesconcentraciones, tratando de abarcar el mayor rango posible de ellas y cuidando que el tiempo de5 segundos quede incluido en el rango de tiempos obtenido, para no hacer extrapolaciones no

convenientes desde el punto de vista estadístico.La determinación del MED por el método descrito anteriormente, comparada con el método propuesto por King (1981), tiene ventajas como:



101

McKissock et al (2003) consideran que una limitación grande del MED para medir la severidadde la repelencia al agua en granos de arena es que dicho método es muy insensible a diferenciasen el grado de repelencia al agua, cuando dicho grado es alto. Wallis y Horne (1992) tambiénconsideran que la mayor desventaja del MED es que es inapropiado para suelos con un bajogrado de repelencia al agua. A pesar de lo anterior, Jaramillo (1992) encontró que en Andisolesfuertemente repelentes al agua (WDPT > 10800 s), el MED fue capaz de diferenciar distintosgrados de severidad que no se pudieron apreciar con el WDPT.

3.1.2.2. Protocolo para el método MED

El siguiente es el protocolo propuesto por Roy y McGill (2002) para estandarizar ladeterminación del MED, de modo que los resultados que se obtengan con diferentes muestras puedan ser comparados.

3.1.2.2.1. Condiciones para la determinación

1. El suelo debe secarse al mismo contenido de humedad, antes de hacer la prueba: Secarla muestra en horno a 105 °C durante 24 horas, dejarla enfriar en desecador y luegodejarla que se equilibre con la humedad del ambiente durante unos pocos días antes dehacer la determinación.

2. Disminuir la rugosidad de la superficie del suelo lo que más se pueda: Si los suelosestán mal estructurados, un tamizado suave por una malla de 1 mm es suficiente y nodisturba, de manera importante, la composición química y la configuración de losrecubrimientos superficiales. Si el suelo está bien estructurado, requiere un tamizado yagitación más prolongados que pueden alterar los recubrimientos; en este caso,describir las condiciones en que se hace el tratamiento. La superficie del suelo debeser nivelada antes de la determinación.

3. El MED es sensible a la temperatura: Tanto las soluciones como las muestras debenser equilibradas a la temperatura del aire antes de hacer la prueba y el valor de dichatemperatura debe ser registrado junto con el MED.

4. La tensión superficial de las soluciones es muy sensible a cambios en la composiciónde ellas: La composición debe ser bien conocida, evitar la presencia de salesinorgánicas o de detergentes residuales en las soluciones. Las soluciones que sealmacenen a temperatura ambiente se deben cambiar semanalmente y las que serefrigeren, mensualmente. Usar etanol puro (100%) o sustituirlo por un alcoholdesnaturalizado que contenga más de 90 % de etanol y que el resto sea metanol oisopropanol.

5. Utilizar una cantidad de muestra suficiente para que sobre su superficie se puedancolocar hasta 20 gotas de solución sin que ellas se toquen durante el tiempo que dure

la prueba. Además, el espesor de la muestra debe ser tal que las gotas no lleguen hastala superficie del plato de prueba (Plato de Petri) mientras ella se está haciendo.6. Teóricamente la determinación es independiente del volumen de la gota que se ponga

sobre la muestra.7. Se recomienda un tiempo de contacto límite de la gota con la superficie del suelo de

10 segundos. Se pueden utilizar otros tiempos, siempre y cuando sea el mismo para



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todas las muestras que se van a comparar. El tiempo utilizado se debe especificar enlos resultados de la prueba.

8. El tiempo de entrada de la gota que se registra va desde el momento en que se colocala gota sobre la superficie del suelo hasta el momento en que la gota empieza a penetrar en la muestra.

9. El tamaño de las gotas que se colocan sobre el suelo debe ser mucho mayor que eltamaño del poro más grande de la muestra de suelo. Gotas de 4 ó 5 mm de diámetro ode 250 a 500 L de volumen son adecuadas para suelos de diferentes texturas.

3.1.2.2.2. Procedimiento

Teniendo en cuenta las recomendaciones anteriores, se procede de la siguiente manera para hacerla determinación:

1. Se preparan soluciones de etanol con concentraciones entre 0.2 y 6 M, conincrementos de 0.2 M.

2. Se colocan las muestras de suelo seco al aire y tamizado como ya se indicó, enrecipientes apropiados: pueden ser platos de petri o cápsulas metálicas, teniendo presente que deben ser lo suficientemente grandes como para que contengan unacantidad adecuada de muestra para colocar todas las gotas necesarias sin que se presenten interferencias entre ellas. Se deben preparar al menos tres replicaciones pormuestra.

3. Nivelar suavemente la superficie de la muestra.4. Colocar rápidamente la gota de la solución de prueba, lo más cercana posible a la

superficie de la muestra, sin disturbarla.5. Iniciar el conteo del tiempo al momento en que la gota entre en contacto con la

superficie del suelo y suspenderlo a los 10 segundos. Si al cabo de este tiempo la gotaya entró al suelo, se finaliza la prueba con esa muestra y se continua con otra de lasreplicaciones.

6. Es mejor empezar las pruebas con soluciones variando su concentración en 1 M hastaidentificar el rango en el cual se va a presentar la solución adecuada; identificado esterango, se ensayan soluciones con variaciones de 0.2 M.

7. Los resultados de la prueba se reportan en términos de molaridad y, si se elaboró unatabla de equivalencias entre molaridad y tensión superficial, también se presentan enestos términos. EL valor obtenido se da como promedio de las replicaciones hechas,acompañado por la desviación estándar.

3.1.2.3. Clasificación de la severidad de la repelencia al agua en el suelo

King (1981) propuso 12 clases para agrupar la severidad de la repelencia al agua en el suelocuando era evaluada por diferentes métodos. En lo que se relaciona con la severidad evaluadamediante la prueba del MED, los resultados se pueden interpretar de acuerdo a la clasificaciónque se presenta en la Tabla 3.2.



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TABLA 3.3. Clases de severidad de repelencia al agua, medida con el método del MED expresado en % de alcohol,utilizadas por Dekker y Ritsema (1994b) y por Dekker (1998) en suelos arenosos de dunas de Holanda.

Clase de grado de repelencia al agua* Rango de valores de concentración de etanol (%) No repelente 0

Ligeramente repelente 1 – 3Moderadamente repelente 4 – 6

Fuertemente repelente 7 – 14Severamente repelente 15 – 20

Extremadamente repelente > 20* Los nombre que se presentan no están descritos en los documentos citados, son propuestos por el autor

de este trabajo.

TABLA 3.4. Clases de severidad de repelencia al agua, medida con el método del MED expresado en % de alcohol,utilizadas por Doerr et al (1998) en suelos de Portugal.

Clase de grado derepelencia al agua Estado de repelencia al agua Concentración de etanol (%)

7 Muy hidrofílico 06 Hidrofílico 35 Ligeramente hidrofóbico 54 Moderadamente hidrofóbico 8.53 Fuertemente hidrofóbico 132 Muy fuertemente hidrofóbico 241 Extremadamente hidrofóbico 36

3.2. PERSISTENCIA DE LA REPELENCIA AL AGUA

3.2.1. MARCO CONCEPTUAL

Watson y Letey (1970) observaron, al colocar una gota de agua sobre la superficie de un suelorepelente al agua, que ella permanecía sobre dicha superficie un tiempo, cuya extensión dependede la tensión superficial inicial del líquido y, con base en esta observación, consideraron que esetiempo era una medida, no de la repelencia al líquido en sí, sino del tiempo que era necesario paraque el ángulo de contacto inicial (> 90º) se redujera hasta un valor de 90º o menos y así el líquido pudiera ser absorbido por el sólido, es decir, que era una medida de la “estabilidad de larepelencia” (Letey et al, 2000).

Fue así como Watson y Letey (1970) definieron entonces lapersistencia de la repelencia delsuelo al agua como “el tiempo que toma una gota de agua para ser absorbida completamente porel suelo”.



105

3.2.2. EVALUACIÓN DE LA PERSISTENCIA DE LA REPELENCIA AL AGUA EN ELSUELO: MÉTODO WDPT

3.2.2.1. Desarrollo y propiedades

Atendiendo al hecho de que el agua puede humedecer el suelo sólo si el ángulo de contacto queella forma con la superficie de aquel es menor que 90° y, además, habiendo observado quecuando se coloca una gota de agua sobre la superficie del suelo ésta puede permanecer sobre elsuelo sin entrar en él (ángulo de contacto > 90°) pero que, al cabo de haber transcurrido algúntiempo esa gota penetra en el suelo (el ángulo de contacto pasó a ser menor de 90°), Watson yLetey (1970) propusieron que se midiera el tiempo que transcurría para que se produjera dichocambio en el ángulo de contacto y que ese tiempo se tuviera como un índice de la estabilidad dela repelencia al agua (persistencia) que tenía ese suelo aunque, aclaran Letey et al (2000), éste noes un índice del ángulo de contacto. Se generó así el métodoWDPT: Water Drop PenetrationTime (Tiempo de Penetración de la Gota de Agua).

La prueba del WDPT sólo puede separar los suelos en dos grandes grupos, desde el punto devista de la repelencia al agua: Aquellos que tienen ángulo de contacto mayor que 90° y los que lotienen menor a ese valor (Watson y Letey, 1970).

Según Malik et al, citados por Wallis y Horne (1992), la declinación del ángulo de contactoaparente en el suelo, al aumentar el tiempo de contacto entre éste y el agua, se debe a la adsorciónde moléculas de vapor de agua por parte de los sólidos.

Según King (1981), el WDPT sólo es capaz de medir un estrecho rango de repelencia al aguadentro de unos pocos grados alrededor del ángulo de contacto de 90°, por lo que es un métodoque tiene serias limitaciones para cuantificar tanto bajos como severos grados de repelencia alagua en el suelo.

Wallis y Horne (1992) también advierten que este método es de aplicación limitada en suelos detextura muy gruesa: Es posible generar fácilmente en ellos vías de flujo preferencial quedistorsionan la prueba ya que, como dicen Dekker y Ritsema (1995), no se requieren macroporosde tamaño muy grande para que se induzcan esas vías. De todas formas, por ser rápido y simple,se ha convertido en un método de amplio uso, utilizado en gran cantidad de estudios (Letey et al,2000). King (1981) estima que una persona puede evaluar, en promedio, 200 muestras por día,rendimiento que se alcanzará si se utiliza su tiempo de observación de 4 minutos pero, si setienen tiempos tan largos como 10800s (Jaramillo, 1992) o 6 horas (Dekker et al, 2001),obviamente ese rendimiento no puede alcanzarse.

Watson y Letey (1970) estiman que la persistencia es un índice útil en estudios de riesgo deerosión de suelos repelentes al agua y para estudios de riego, en el mismo tipo de suelos, puestoque una mayor persistencia implica una baja rata de entrada del agua al suelo, formación de patrones de humedecimiento irregulares y alta escorrentía y erosión, cuando se dan lascondiciones de pendiente adecuadas.



107

Aunque no se encuentra un derrotero que se pudiera llamar propiamente protocolo para ladeterminación del WDPT, Ritsema et al (2000) expresan que durante un seminario internacionalllevado a cabo en Australia en 1999, se discutió acerca de la necesidad de estandarizar el método para determinar el WDPT en suelos. El método que siguen utilizando hoy los promotores de estareunión es el que fue descrito por Dekker y Ritsema (1994b), publicación de la que se ha tomado.El procedimiento para la determinación de la repelencia potencial es el siguiente:

1. Secar la muestra al horno a 65 °C.2. Una vez que la muestra se ha secado, retirarla del horno y dejarla que se estabilice, en

ambiente controlado a 20 °C y 50% de humedad, por lo menos durante 2 días.3. Colocar la muestra de suelo en un recipiente adecuado y suavizar su superficie.4. Colocar sobre la superficie de la muestra suavizada 3 gotas de agua destilada con una

jeringa o con un gotero.5. Tomar como valor del WDPT el tiempo que gasta la segunda gota de agua en penetrar

en la muestra.

Con respecto al procedimiento descrito anteriormente, vale la pena puntualizar que:

1. Los investigadores citados como autores del método no especifican si las muestras sedeben tamizar o no. Atendiendo la sugerencia de King (1981) y, según lo observado por Jaramillo (2001c), las muestras deben ser pasadas a través de un tamiz con mallade 1 mm y la prueba debe desarrollarse con el material que pasa dicho tamiz.

2. El secado de las muestras al horno a 65 °C por 24 horas puede ser suficiente parasuelos de texturas gruesas pero suelos de texturas finas, suelos con alto contenidoorgánico o suelos con alumino-silcatos no cristalinos requieren secado a 105 °C ydurante más tiempo para que adquieran la condición de humedad que implica elsecado al horno (0% de humedad).

3.2.2.4. Clasificación de la persistencia de la repelencia al agua en el suelo

Dekker y Ritsema (1994b, 1996), para evaluar la repelencia real al agua, en campo, donde lostiempos de observación no pueden alargarse tanto como en laboratorio, han utilizado la pruebadel WDPT para separar los suelos en dos grandes categorías: Repelente al agua, si WDPT > 5 s yHumectable, si WDPT< 5 s.

Adams et al (1970) agruparon los suelos que trabajaron, según su persistencia, en suelosfuertemente hidrofóbicos, cuando WDPT > 60 segundos y suelos ligeramente hidrofóbicos,cuando el WDPT estaba entre 10 y 60 segundos.

King (1981), como ya se mencionó, utilizó el método del WDPT con un tiempo de duración parala prueba de 4 minutos: Si la gota no había penetrado en el suelo en ese tiempo, no se tenía encuenta esta determinación. Con ese límite, él agrupó los suelos en 4 categoría de repelencia alagua:

No repelente al agua: WDPT < 1 s.Muy poco repelente al agua: WDPT entre 1 y 7 segundos.



108

Poco repelente al agua: WDPT entre 8 y 53 segundos.Moderadamente repelente al agua: WDPT entre 85 y 260 segundos.

El sistema de clasificación de la persistencia de la repelencia al agua que más se utiliza hoy parainterpretar este fenómeno es el que propusieron Dekker y Jungerius (1990), el cual se expone enla Tabla 3.5.

TABLA 3.5. Clasificación del WDPT propuesta por Dekker y Jungerius (1990).

Clase de persistencia Nivel de persistencia de larepelencia al agua Valores del WDPT (s)

0 No repelente al agua < 51 Ligeramente repelente al agua 5 – 602 Fuertemente repelente al agua 60 – 6003 Severamente repelente al agua 600 – 3600

4 Extremadamente repelente al agua > 3600Ritsema et al (2000) sugieren que la categoría extremadamente repelente al agua (clase 4) se puede dividir en subclases, teniendo en cuenta que los tiempos de observación que ellos hanutilizado son bastante largos, así: Con WDPT de 1 a 3 horas; con WDPT de 3 a 6 horas y conWDPT > 6 horas.

3.2.2.5 Una variante del WDPT

Adams et al (1970), en algunas muestras de suelos del desierto de California que presentaron unWDPT > 60 segundos, reemplazaron el agua por soluciones de etanol al 15% para hacer laevaluación de la persistencia de la repelencia al agua, sin que los tiempos de observación tuvieran

que ser tan largos. Efectivamente comprobaron que los tiempos necesarios para que la pruebafuera llevada a término se redujeron considerablemente en suelos que presentaron WDPT < 30minutos.

Jaramillo (1996, 2001a) ensayó la variante anterior para evaluar la repelencia al agua deagregados de diferentes tamaños de Andisoles y encontró que, efectivamente, una solución al15% de etanol, que corresponde aproximadamente a una solución 3.6 M, redujo apreciablementeel tiempo de penetración y permitió detectar pequeños cambios en la persistencia de la repelenciaal agua, en suelos con bajo a medio grado de hidrofobicidad.

3.3. VARIABILIDAD DE LAS MEDIDAS DE LA REPELENCIA AL AGUA EN LOSSUELOS

Son tantos y de tan variada naturaleza los factores que están relacionados con la repelencia alagua en el suelo que es lógico esperar una alta variabilidad en ella. Wallis y Horne (1992)confirman en su revisión de literatura la alta variabilidad que presentan, tanto la severidad, comola persistencia de la repelencia al agua en el suelo.



110

Jaramillo (2001b) estudió la variabilidad aleatoria del MED en algunas muestras de Andisoles dela cuenca de la quebrada Piedras Blancas, con cobertura de Pinus patula. Cada muestra fuesecada al aire y tamizada a 2 mm. Sobre cada muestra se aplicaron 5 gotas de soluciones deetanol de diferente molaridad y a cada gota se le midió el tiempo que tardó en entrarcompletamente al suelo; este procedimiento se repitió hasta que se encontró una solución cuyasgotas se demoraban más de 1 minuto en entrar y esta solución final no se tuvo en cuenta paranada más en el experimento.

Los resultados del estudio citado en el párrafo anterior se presentan en la Tabla 3.6, como promedios de 5 observaciones hechas por muestra y por concentración de la solución de etanolutilizada. Los valores del MED consignados en dicha tabla muestran que hay comportamientosdiferenciales en las muestras, con respecto al tiempo gastado por la misma solución de etanol para penetrar completamente en ellas; ésto se observa fácilmente al comparar el comportamientode las muestras S1-8, R3-9 y S2-1 entre sí, las cuales, con la solución 6 M presentan tiempos muysimilares pero, a partir de la concentración 5.6 M, la diferencia de tiempo entre la muestra S1-8 ylas otras dos es importante, a pesar de que el valor MED de las tres está ubicado en el mismorango de molaridad.

A las determinaciones del tiempo de penetración de las soluciones utilizadas se les determinó elcoeficiente de variación y los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 3.7. De los resultadosexpuestos en ella no puede determinarse ninguna tendencia en los coeficientes de variación de lasmedidas realizadas, con respecto a la concentración de la solución utilizada.

3.3.1.2. Variabilidad aleatoria del WDPT

3.3.1.2.1. Generalidades

El efecto de algunos de los factores que generan variabilidad en esta determinación se manifiesta, por ejemplo, cuando se cambian las condiciones en que se hace la determinación de la repelenciaal agua en el suelo, como lo muestra la Figura 3.3.

En la Figura 3.3 se aprecia cómo puede cambiar la distribución de las muestras, agrupándolas porvalor del WDPT, cuando esta propiedad se determina secándolas a 35 y a 105 °C. Las muestrasque se presentan en las dos fotos son las mismas: En la foto superior (WDPT en muestras secadasa 35 °C) cada grupo de repelencia tiene 4 muestras; en la foto inferior (WDPT en muestrassecadas a 105 °C) desaparece el grupo de repelencia al agua < 60 s y el grupo de repelencia >1800 s pasa de 4 a 12 muestras por efecto del secado; incluso, hubo por lo menos una muestraque perdió buena parte de su repelencia al agua al secarla a 105 °C, pues resultaron 5 muestras enel grupo de repelencia < 1 s.

El comportamiento descrito en el párrafo anterior está corroborando que cada suelo tiene su propia respuesta al secado: Cada uno responde diferencialmente a los factores que pueden alterarsu composición y/o la distribución de sus componentes y lo hacen en forma diferente frente acada nivel en que se presente el factor de alteración, lo que hace bastante difícil controlar lavariabilidad de las evaluaciones que se hagan de la repelencia al agua en ellos y dificultan lainterpretación de sus resultados y la comparación entre ellos.



111 T A B L A 3 . 6 . T i e m p o

p r o m e d i o

d e 5 d e t e r m i n a c i o n e s ( s e g u n d o s ) g a s t a d o p o r s o l u c i o n e s

d e d i f e r e n t e

c o n c e n t r a c i ó n d e e t a n o l , e n p e n e t r a r e n m u e s t r a s

d e

A n d i s o l e s r e p e l e n t e s a l a g u a

d e l a c u e n c a

d e l a

q u e b r a d a P i e d r a s B l a n c a s , o r i e n t e a n t i o q u e ñ o ,

b a j o c o b e r t u r a

d e P i n u s p a

t u l a .

( T o m a d a

d e

J a r a m i l l o ,

2 0 0 1 b ) .

M u e s t r a

M o l a r i d a d d e l a s o l u c i ó n d e e t a n o l ( M )

( C ó d i g o )

6 . 0

5 . 8

5 . 6

5 . 4

5 . 2

5 . 0

4 . 8

4 . 6

4 . 4

4 . 2

4 . 0

3 . 6

3 . 0

2 . 0

S 1 - 8

0 . 7 8

0 . 9 7

2 . 5 4

4 . 4 4

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3 - 9

0 . 7 7

1 . 0 4

1 . 4 7

1 . 9 3

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

S 2 - 1

0 . 7 6

0 . 9 2

1 . 2 4

1 . 8 0

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 1 - 2

0 . 7 5

-

0 . 9 1

1 . 2 9

6 . 9 2

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

R 7 - 2

0 . 7 5

0 . 8 0

1 . 0 4

1 . 3 9

4 . 0 6

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3 - 3

0 . 6 3

-

0 . 8 2

0 . 9 1

1 . 4 8

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

R 1 - 1

0 . 6 3

0 . 9 2

1 . 3 3

2 . 3 0

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

S 1 - 1

0 . 5 9

-

0 . 7 5

0 . 8 2

3 . 4 6

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3 - 8

0 . 5 8

-

0 . 9 1

1 . 1 9

3 . 2 0

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

C 3 - 1

0 . 5 1

-

-

-

-

-

1 . 1 4

-

1 . 6 7

4 . 5 9

> 6 0

-

-

-

S 1 - 5

0 . 5 0

-

-

0 . 6 1

-

-

1 . 7 9

-

8 . 0 0

> 6 0

-

-

-

-

L 1 - 1

0 . 4 8

-

-

-

0 . 7 1

4 . 9 7

-

6 . 5 2

> 6 0

-

-

-

-

-

Z 3

0 . 4 7

-

-

-

-

2 . 2 5

-

2 . 8 4

-

5 . 8 9

> 6 0

-

-

-

S 1 - 2

-

0 . 7 1

0 . 7 6

1 . 2 1

2 . 8 8

> 6 0

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3 - 2

-

-

0 . 7 1

0 . 7 9

1 . 0 7

4 . 4 2

-

5 . 3 0

-

9 . 3 8

> 6 0

-

-

-

S 1 - 3 a

-

-

-

0 . 8 3

1 . 1 3

-

1 . 5 2

2 . 4 6

2 . 9 8

5 . 0 1

9 . 5 8

-

5 4 . 4

> 6 0

S 1 - 4

-

-

-

0 . 8 4

1 . 3 7

-

3 . 0 2

9 . 2 7

2 1 . 7

> 6 0

-

-

-

-

S 1 - 7

-

-

-

0 . 6 9

0 . 9 0

-

1 . 6 7

-

3 . 4 8

> 6 0

-

-

-

-

S 1 - 9

-

-

-

-

-

0 . 8 3

-

-

-

-

2 . 6 2

-

1 1 . 0

> 6 0

S 1 - 1 0

-

-

-

-

-

-

0 . 6 7

-

0 . 9 9

-

3 . 9 9

5 . 5 9

1 2 . 2

> 6 0



1 1 2

T A B L A 3 . 7 . C o e

f i c i e n t e s d e v a r i a c i ó n

( % ) d e l a s m e d i c i o n e s

d e l t i e m p o r e q u e r i d o p o r s o l u c i o n e s

d e e t a n o l

d e d i f e r e n t e c o n c e n t r a c i ó n , e n p e n e t r a r e n

m u e s t r a s

d e A n d i s o l e s r e p e l e n t e s a l a g u a

d e l a c u e n c a

d e l a q u e b r a d a

P i e d r a s B l a n c a s , o r i e n t e a n t i o q u e ñ o ,

b a j o c o b e r t u r a

d e P i n u s p a

t u l a

.

( T o m a d a

d e J a r a m i l l o , 2 0 0 1 b ) .

M u e s t r a

M o l a r i d a d d e l a s o l u c i ó n d e e t a n o l ( M )

( C ó d i g o )

6 . 0

5 . 8

5 . 6

5 . 4

5 . 2

5 . 0

4 . 8

4 . 6

4 . 4

4 . 2

4 . 0

3 . 6

3 . 0

2 . 0

S 1 - 8

7 . 0 2

9 . 8 4

1 9 . 8

1 1 . 9

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3 - 9

4 . 4 8

6 . 1 3

1 7 . 2

9 . 3 6

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

S 2 - 1

4 . 0 6

9 . 2 5

1 1 . 5

1 4 . 5

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 1 - 2

5 . 7 5

-

7 . 8 9

1 4 . 9

5 . 6 9

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 7 - 2

8 . 0 2

7 . 1 3

1 0 . 2

9 . 0 1

1 1 . 0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3 - 3

6 . 3 7

-

5 . 1 9

5 . 4 9

7 . 1 3

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 1 - 1

6 . 8 9

1 0 . 6

8 . 5 3

6 . 7 6

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

S 1 - 1

9 . 1 6

-

4 . 9 5

8 . 3 1

9 . 3 1

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3 - 8

4 . 4 8

-

8 . 4 7

1 1 . 8

1 2 . 8

-

-

-

-

-

-

-

-

-

C 3 - 1

1 1 . 1

-

-

-

-

-

1 3 . 2

-

1 3 . 4

1 1 . 6

-

-

-

-

S 1 - 5

7 . 1 6

-

-

8 . 2 8

-

-

1 5 . 2

-

9 . 6 9

-

-

-

-

-

L 1 - 1

1 1 . 4

-

-

-

5 . 3 0

7 . 2 1

-

1 4 . 1

-

-

-

-

-

-

Z 3

1 1 . 8

-

-

-

-

2 0 . 1

-

1 3 . 2

-

1 0 . 7

-

-

-

-

S 1 - 2

-

8 . 2 1

1 0 . 4

1 8 . 7

1 8 . 3

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3 - 2

-

-

1 0 . 5

5 . 1 1

1 9 . 5

6 . 7 3

-

7 . 1 8

-

7 . 9 1

8 . 5 5

-

-

-

S 1 - 3 a

-

-

-

8 . 0 4

1 0 . 3

-

9 . 2 9

6 . 4 3

1 4 . 4

7 . 3 5

6 . 7 1

-

9 . 0 5

-

S 1 - 4

-

-

-

7 . 1 4

2 4 . 7

-

1 0 . 4

6 . 6 1

2 2 . 2

-

-

-

-

-

S 1 - 7

-

-

-

8 . 2 6

1 5 . 3

-

6 . 8 9

-

1 0 . 6

-

-

-

-

-

S 1 - 9

-

-

-

-

-

1 3 . 0

-

-

-

-

8 . 5 8

-

7 . 7 8

1 0 . 5

S 1 - 1 0

-

-

-

-

1 1 . 4

-

1 0 . 1

-

1 4 . 9

-

1 0 . 9

9 . 7 2

1 1 . 4

-



113

FIGURA 3.3. Efecto del secado de las muestras de Andisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas a 35 °C(foto superior) y a 105 ºC (foto inferior) en la manifestación de su repelencia al agua.



114

Crockford et al (1991) reportan haber encontrado una alta variabilidad en los valores del WDPTalcanzados en Litosoles de Australia: Encontraron coeficientes de variación mayores al 100%.Jaramillo (2001c) también encontró coeficientes de variación altos para esta determinación enalgunas muestras de Andisoles, como se puede ver en la Tabla 3.8.

TABLA 3.8. Algunos estadísticos de las determinaciones del WDPT en Andisoles de la cuenca de la quebradaPiedras blancas (con base en 5 replicaciones por muestra). Tomados de Jaramillo (2001c).

Muestra(Código) Promedio Mediana Desviación

estándarCoeficiente devariación (%)

R6-2 9420 10260 1662.77 17.65S1-10 7992 8160 1179.88 14.76S1-6 6960 7200 1719.71 24.71L1-1 5580 5400 1088.30 19.50S1-5 4392 4380 826.39 18.82

L8 4344 4620 1638.01 37.71L10 4260 4260 1050.43 24.66Z3 2712 2100 1689.83 62.31

S1-9 1824 1860 124.42 6.82L7 1492 1340 313.24 21.00

M1-3 1152 1200 78.23 6.79Z1 952 1320 594.26 62.74Z4 22.33 21.1 5.03 22.51Z2 14.20 14 1.28 9.00

L2-2 10.60 10 2.97 27.99PBC-2 2.96 3 0.37 12.41PBT1-2 0.70 0.7 0.15 21.76

El valor que toma la desviación estándar de las medidas del WDPT expuestas en la tabla anteriormuestra la alta variabilidad que tiene esta determinación en todos los rangos de repelencia al aguaestudiados.

Al analizar el comportamiento de los valores de los coeficientes de variación de las diferentesmuestras, se puede apreciar que:

También hay una alta “variabilidad en la variabilidad” que presenta el WDPT. No hay un patrón en los valores del coeficiente de variación que permita establecer unarelación entre ellos y la persistencia de la repelencia al agua de los suelos estudiados.

Lo anterior ratifica lo que ya se mencionó acerca de la respuesta específica y diferencial de cadasuelo frente a los factores que desencadenan y controlan la repelencia al agua en ellos.

3.3.1.2.2. Estudio de casos

Con el fin de ampliar el conocimiento que se tiene sobre la variabilidad del WDPT en Andisolesde la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, se llevaron a cabo los siguientes ensayos:



115

3.3.1.2.2.1. Caracterización de la persistencia de la repelencia potencial al agua en suelos provenientes de4 coberturas vegetales

Se analizaron 116 muestras del horizonte superficial del suelo mineral provenientes de 4coberturas vegetales: Pinus patula (PAT ) (39 muestras), Pinus elliottii (ELL) (20 muestras),Cupressus lusitanica (CIP) (38 muestras) y Roble (Quercus humboldtii ) (ROB) (19 muestras).Se evaluó la persistencia de la repelencia potencial al agua con el WDPT en muestras secadas a35 °C (WD 35) y a 105 °C (WD 105) en horno, durante 24 horas y tamizadas a 2 mm; secolocaron tres gotas de agua destilada y se tomó el promedio como valor de la persistencia de larepelencia al agua. Se tuvo un tiempo máximo de observación de 3600 s. Los principalesestadísticos de la persistencia de la repelencia potencial al agua se presentan en la Tabla 3.9 y lafrecuencia de distribución de las muestras por clase de WDPT, según Dekker y Jungerius (1990)(ver Tabla 3.5), se presenta en la Figura 3.4.

TABLA 3.9. Principales estadísticos de la persistencia (WDPT) de la repelencia potencial al agua en Andisoles de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas, en muestras secadas a 2 temperaturas, provenientes de 4coberturas vegetales, con base en 116 muestras.

Estadístico WDPT 35 (s) WDPT 105 (s)Valor mínimo (s) 0 0Valor máximo (s) > 3600 > 3600Cuartil inferior (s) 38.72 1065.66

0%20%40%60%80%

100%

WDPT 35 WDPT 105

P o r c e n t a j e

Clase 0 Clase 1 Clase 2 Clase 3 Clase 4

FIGURA 3.4. Distribución de frecuencia relativa, por clase de WDPT, de Andisoles de la cuenca de la quebradaPiedras Blancas provenientes de 4 coberturas vegetales y con muestras secadas a dos temperaturas.



116

De la tabla y figura anteriores se desprende que las muestras analizadas presentan, en una buena proporción, valores altos de persistencia en la repelencia potencial al agua, tanto cuando se secana 35 °C, como cuando se secan a 105°C. De todas maneras se aprecia que el secado a 105 °Caumenta sensiblemente la cantidad de muestras con un WDPT > 3600 s. Este comportamiento yase ha mencionado y analizado ampliamente en apartes anteriores.

3.3.1.2.2.2. Variabilidad aleatoria de la persistencia de la repelencia potencial al agua

Para llevar a cabo este análisis se hizo una depuración de la base de datos original (la de 116muestras), eliminando aquellas muestras que presentaron WDPT > 3600 s. Después de este procedimiento sólo quedaron muestras suficientes del WDPT evaluado a 35 °C por lo quesolamente se trabajó con esta variable en una base de datos conformada por 61 muestras.

Los principales estadísticos del WDPT de muestras secadas a 35 °C se presentan en la Tabla3.10. En esta tabla son notables:

La alta diferencia entre el promedio y la mediana.El amplio rango de valores que se presentan en el WDPT.La alta asimetría que se presenta en la distribución de los datos.El alto coeficiente de variación.

TABLA 3.10. Principales estadísticos de la persistencia (WDPT) de la repelencia al agua de Andisoles bajo 4coberturas vegetales de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, evaluada en muestras secadas a 35°C y cuyo WDPT fue < 3600 s (n = 61).

Estadístico ValorPromedio (s) 279.44Mediana (s) 77.71

Valor mínimo (s) 0.69Valor máximo (s) 1670.6Cuartil inferior (s) 13.58Cuartil superior (s) 409.21

Asimetría 5.97Coeficiente de variación (%) 143.83

Los valores de la asimetría y de la diferencia entre promedio y mediana sugieren una distribuciónde los datos bastante sesgada y lejos de ajustarse a una distribución normal; ésto se confirmó alhacer el histograma de distribución de frecuencias que se presenta en la Figura 3.5, el cual reflejaque, efectivamente, la distribución no es normal.

El comportamiento analizado anteriormente confirma algo que ya se ha mencionado en variasoportunidades en este documento y es que la persistencia de la repelencia al agua en el suelo, particularmente en los Andisoles trabajados aquí, tiene una alta variabilidad aleatoria. En estetrabajo se tienen como factores determinantes en dicha variabilidad el tipo de cobertura vegetalque estaba ocupando los suelos y la variación en la granulometría de la muestra que se utilizó para hacer las evaluaciones (ver Figura 3.2), por lo que ellos se estudian a continuación.



117

WDPT 35 (s)

P o r c e n t a j e

0 400 800 1200 1600 20000

20

40

60

80

FIGURA 3.5. Histograma de frecuencia relativa del WDPT de muestras de Andisoles de la cuenca de la quebradaPiedras Blancas secadas a 35 °C, excluyendo las muestras con WDPT > 3600 s.

Con el fin de ampliar el estudio de la variabilidad de la persistencia, se hizo un análisisunivariado con todas las replicaciones hechas (tres por muestra, para un total de 183), paraestablecer el coeficiente de variación de cada una de ellas y los resultados obtenidos se presentanen la Tabla 3.11.

TABLA 3.11. Algunos estadísticos del coeficiente de variación de la persistencia (WDPT) de la repelencia al aguade Andisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, con 4 coberturas vegetales, determinadoen muestras secadas a 35 °C que tuvieron WDPT < 3600 s y por triplicado (n = 61).

Estadístico ValorPromedio (s) 27.92Mediana (s) 25.48

Desviación estándar 17.69Valor mínimo (s) 3.57Valor máximo (s) 86.04Cuartil inferior (s) 12.59Cuartil superior (s) 38.30

Asimetría 2.92Coeficiente de variación (%) 63.38

La tabla anterior muestra que el coeficiente de variación del WDPT, por muestra, puede tenervalores muy altos y, además, que tiene un amplio rango de variación aunque, si se comparan sus

valores con el coeficiente general presentado en la Tabla 3.10, son más bajos que aquel. De todasformas, el coeficiente de variación global para este análisis (63.38 %) es alto y, cuando se graficael histograma de la distribución de dichos coeficientes, como puede verse en la Figura 3.6, secomprueba que más de la mitad de las muestras presentan coeficientes comprendidos entre 20 y60 %.



118

Coeficiente de variación (%) del WDPT 35

P o r c e n t a j e

0 20 40 60 80 10005

1015202530

FIGURA 3.6. Histograma de distribución de los valores del coeficiente de variación de la persistencia (WDPT) dela repelencia al agua en Andisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, obtenidos enmuestras secadas a 35 °C, con WDPT < 3600 s y por triplicado.

3.3.1.2.2.3. Efecto de la cobertura vegetal en la persistencia de la repelencia potencial al agua

Para estudiar el efecto de la cobertura vegetal sobre la persistencia de la repelencia al agua, lasmuestras se agruparon según este factor y se sometieron a un análisis univariado cuyos resultadosse presentan en la Tabla 3.12. Nótese que el secado de las muestras a 105 °C tiende a incrementarel valor de los estadísticos evaluados, es decir, a aumentar la persistencia de la repelencia al aguade los suelos, como ya se ha discutido anteriormente.

TABLA 3.12. Principales estadísticos de la persistencia (WDPT) de la repelencia al agua de Andisoles de la cuencade la quebrada Piedras Blancas, agrupados bajo 4 coberturas vegetales, evaluada con muestrassecadas a 35 (WD 35) y a 105 °C (WD 105).

Cobertura vegetalEstadístico P. patula P. elliottii C. lusitanica Q. humboldtiiWD 35

Número de muestras 39 20 38 19Mediana (s) 265.8 780.73 > 3600 25.35Moda (s) > 3600 > 3600 > 3600 > 3600Valor mínimo (s) 0 0.69 3.36 0Valor máximo (s) > 3600 > 3600 > 3600 > 3600Cuartil inferior (s) 28.76 39.99 1800 5.32

WD 105Mediana (s) > 3600 > 3600 > 3600 299.42Moda (s) > 3600 > 3600 > 3600 > 3600Valor mínimo (s) 0 0 0 0Valor máximo (s) > 3600 > 3600 > 3600 > 3600Cuartil inferior (s) 10.11 - - 1.18



119

En vista de las diferencias que se observan en los estadísticos entre las coberturas, se hizo unadepuración de la base de datos para eliminar las muestras que tuvieron WDPT > 3600 s y con lasmuestras que quedaron se llevó a cabo un análisis de comparación de medianas de Kruskal-Wallis cuyos resultados que muestran en la Figura 3.7.

WDPT 35 (s)

C o b e r t u r a v e g e t a l

CIP

ELL

PAT

ROB

0 300 600 900 1200 1500 1800

FIGURA 3.7. Gráfica de bigotes mostrando el resultado del análisis de Kruskal-Wallis de comparación de medianasentre coberturas (ver Numeral 3.3.1.2.2.1), para la persistencia de la repelencia al agua de Andisolesde la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, con muestras secadas a 35 °C que tuvieron WDPT <3600 s.

En la figura anterior se aprecia que no hay diferencia significativa entre las diversas coberturas,utilizando muestras de suelos que tuvieron una persistencia menor a 3600 s. Además, obsérveseque, exceptuando el P. elliottii , las demás coberturas tienen valores anómalos de WDPT queinciden en el comportamiento de su variabilidad y que no pueden ser eliminados para los análisis

porque no se tiene suficiente información que sustente esa determinación. En la Tabla 3.13 seexponen algunos estadísticos de la persistencia en los grupos formados por cobertura.

TABLA 3.13. Principales estadísticos de la persistencia (WDPT) de la repelencia al agua de Andisoles de la cuencade la quebrada Piedras Blancas, agrupados por tipo de cobertura vegetal y con muestras secadas a 35°C que tuvieron WDPT < 3600 s.

Cobertura vegetalEstadístico P. patula P. elliottii C. lusitanica Q. humboldtii Número de muestras 33 15 6 7Promedio (s) 304.43 265.62 189.06 268.69Mediana (s) 126.60 92.82 57.25 13.66Desviación estándar 404.86 365.40 330.21 571.37Valor mínimo (s) 1.30 0.78 0.69 0.80Valor máximo (s) 1670.60 1175.44 855.96 1545.84Cuartil inferior (s) 16.21 4.22 24.16 5.32Cuartil superior (s) 417.86 507.79 139.04 270.09Asimetría 4.39 2.51 2.34 2.70Coeficiente de variación (%) 132.99 137.57 174.66 212.65



121

Coeficiente de variación del WDPT 35 (%)

C o b e r t u r a v e g e t a l CIP

ELL

PAT

ROB

0 20 40 60 80 100

FIGURA 3.8. Gráfica de bigotes mostrando el resultado del análisis de Kruskal-Wallis hecho al coeficiente devariación de la persistencia (WDPT) de la repelencia al agua en Andisoles de la cuenca de laquebrada Piedras Blancas, evaluada en muestras secadas a 35 °C, con WDPT < 3600 s y agrupadas por cobertura vegetal (ver Numeral 3.3.1.2.2.1).

Los principales resultados obtenidos en la determinación del WDPT en las muestras fraccionadasse resumen en las Figuras 3.9 y 3.10, así como en la Tabla 3.15.

WDPT (s) fracción 0 a 1 mm

WDPT (s) fracción 1 a 2 mm

C a n t i d a d d e m u e s t r a s

0 300 600 900 1200 1500 18001510505

1015

FIGURA 3.9. Comparación de la distribución de frecuencia de muestras para el WDPT medido en dos fraccionesde tamaño de Andisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, secadas a 35 °C y provenientesde suelos bajo 4 coberturas vegetales.



123

TABLA 3.16. Principales estadísticos del WDPT de las muestras fraccionadas y sin fraccionar de Andisoles de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas, provenientes de suelos bajo 4 coberturas vegetales, con

muestras secadas a 35 °C y con WDPT < 1800 s.

Fracción estudiadaEstadístico Sin fraccionar 2 a 1 mm < 1 mm Número de muestras 20 20 19Promedio (s) 228.30 133.15 191.57Mediana (s) 38.72 27.69 40.97Moda (s) 0 0 0Desviación estándar 375.56 179.23 267.79Valor mínimo (s) 0 0 0Valor máximo (s) 1545.84 585.41 1019.94Cuartil inferior (s) 9.05 3.18 3.10Cuartil superior (s) 342.23 237.92 337.54

Asimetría 4.70 2.55 3.36Coeficiente de variación (%) 164.50 134.61 139.79

A pesar de que los resultados de las comparaciones hechas no muestran diferencias significativasentre muestras, es notable que en la fracción de menor tamaño se presentan los mayores valoresde persistencia de la repelencia al agua, comparada con los resultados obtenidos en la fracción de1 a 2 mm. El tamizado de las muestras a este tamaño elimina una buena cantidad de materialorgánico fresco que probablemente no tiene un efecto notable sobre la repelencia en sí mismo pero que sí deja de ser un factor de dilución de los otros compuestos orgánicos que sí sonhidrofóbicos y que se pueden manifestar más enérgicamente. Este comportamiento en lasfracciones más finas del suelo ya se ha comentado antes, a la luz de trabajos como los de Bisdomet al (1993), Jaramillo (2001a) y Mataix-Solera y Doerr (2004).

Después de los análisis llevados a cabo hasta aquí, se procedió a estudiar directamente elcomportamiento del coeficiente de variación de las muestras, después de eliminar aquellas que presentaron WDPT > 1800 s. En la Tabla 3.17 se resumen los principales estadísticos de estavariable. Al hacer un análisis de comparación de muestras, no se encontró diferenciaestadísticamente significativa ni entre las distribuciones ni entre las medianas de los coeficientesde variación de la persistencia, evaluada por muestra.

Los resultados de la Tabla 3.17, así como el resultado de la comparación de las muestras que sehizo, sugieren que el fraccionamiento de las muestras para evaluar su persistencia no mejora la precisión con la que se hacen dichas determinaciones. Los valores más altos y los rangos másamplios en los coeficientes de variación se presentaron en las muestras que fueron fraccionadas al

menor tamaño, lo que puede estar reflejando una mayor variabilidad de los factores que controlanla repelencia al agua en los suelos, en esta fracción.



124

TABLA 3.17. Principales estadísticos del coeficiente de variación de las muestras fraccionadas y sin fraccionar deAndisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, provenientes de suelos bajo 4 coberturasvegetales, con muestras secadas a 35 °C y con WDPT < 1800 s.

Fracción estudiadaEstadístico Sin fraccionar 2 a 1 mm < 1 mm Número de muestras 20 20 19Promedio (s) 21.32 18.40 20.60Mediana (s) 21.46 19.75 21.02Moda (s) 0 0 0Desviación estándar 15.33 14.03 15.33Valor mínimo (s) 0 0 0Valor máximo (s) 45.86 55.21 61.26Cuartil inferior (s) 8.96 4.84 10.01Cuartil superior (s) 33.07 24.95 25.42Asimetría 0.25 1.19 2.03

Coeficiente de variación (%) 71.91 76.24 74.45

3.3.1.2.2.5. Efecto del secado y almacenamiento de las muestras a 105 °C durante varios días seguidos,sobre la persistencia de la repelencia potencial al agua

Se tomaron 7 muestras de Andisoles de la cuenca de Piedras Blancas bajo 3 coberturas vegetales:4 en P . patula, 2 enQ. humboldtii y una en P. elliottii . Los suelos se seleccionaron teniendo encuenta que al secarlos inicialmente a 35 °C, presentaran un WDPT < 1800 s. Las muestras fuerontamizadas a 2 mm, secadas a 35 °C y divididas en 2 submuestras: una se dejó al aire en ellaboratorio a temperatura entre 22 y 24 °C y la otra se colocó en el horno a 105 °C todo eltiempo. A cada submuestra se le determinó la persistencia de la repelencia al agua con el método

del WDPT durante 9 días consecutivos, haciendo una determinación diaria, excepto en el cuartodía, colocando 3 gotas de agua destilada sobre la superficie suavizada del suelo y tomando comovalor de la persistencia el valor promedio del tiempo gastado por las tres gotas en entrar al suelo.Las medidas se hicieron a la 1 pm para evitar excesos de humedad relativa en el ambiente dellaboratorio.

Los resultados de las determinaciones diarias del WDPT se presentan en la Figura 3.11 y loscoeficientes de variación correspondientes a cada determinación, en la Tabla 3.18. En la figuramencionada, aparecen varios códigos de muestras sin barras, lo que significa que el valor de suWDPT fue todos los días de cero. Se aprecia en la figura que no hay ninguna tendencia definidaen el comportamiento de la persistencia, en ninguna condición de almacenamiento de lasmuestras, confirmándose, nuevamente, la respuesta diferencial y particular de cada suelo frente ala repelencia al agua.

Tampoco se aprecia ninguna tendencia en los coeficientes de variación de la Tabla 3.18. Lo quesí es claro en dicha tabla es que los coeficientes también tienen una amplia variabilidad en susvalores: Obsérvese que, por ejemplo, la muestra 17299 tiene coeficientes en la muestra mantenidaal aire en el laboratorio que varían entre 8.06 y 93.52 % y este cambio se produce en un solo día



125

de diferencia entre las medidas, sin haber mediado entre ellas un cambio drástico en lascondiciones ambientales de almacenamiento que pudiera explicarlo (Doerr et al, 2002b).

050

100150200250300350400

17280 17284 17288 17292 17294 17298 17299

Código de la muestra

W D P T 3 5 p r o m e d

i o ( s )

Día 0 Día 1 Día 2 Día 3 Día 5 Día 6 Día 7 Día 8 Día 9

a.

050

100150200250300350400

17280 17284 17288 17292 17294 17298 17299

Código de la muestra

W D P T 1 0 5 p r o m e d i o

( s )

Día 0 Día 1 Día 2 Día 3 Día 5 Día 6 Día 7 Día 8 Día 9

b.

FIGURA 3.11. Valores diarios del WDPT en algunas muestras de Andisoles de la cuenca de la quebrada PiedrasBlancas seleccionadas, secadas a 35 °C y almacenadas en laboratorio:a. A temperatura entre 22 y24ºC y b. En estufa a 105ºC.



126

TABLA 3.18. Coeficientes de variación (%) de los valores promedios de tres replicaciones de persistencia (WDPT)de la repelencia al agua en Andisoles bajo diferentes coberturas de la cuenca de la quebrada PiedrasBlancas, determinada diariamente sobre muestras secadas a 35 °C y dejadas al aire entre 22 y 24 °C y

sobre muestras mantenidas en horno a 105 °C.Día de medida

0 1 2 3 5 6 7 8 9MuestraWDPT al aire en el laboratorio

17280 32.71 41.17 75.79 38.46 27.96 14.76 50.37 46.79 24.0317284 29.87 20.69 26.04 40.61 40.59 27.98 24.33 55.72 23.4117288 - - - - - - - - -17292 31.39 55.99 55.95 26.79 77.44 44.94 21.56 55.73 47.5817294 44.40 21.70 12.94 30.32 5.72 28.28 12.98 47.53 22.7717298 31.52 34.29 20.20 24.35 43.42 31.83 30.43 22.96 25.6217299 13.43 12.40 93.52 8.06 10.54 25.41 12.57 40.96 14.58

WDPT a 105 °C

17280 49.59 34.16 41.96 35.49 45.66 78.03 51.22 48.70 18.5917284 30.60 28.79 33.59 93.56 73.03 73.24 87.28 107.88 41.4217288 - - - - - - - - -17292 69.90 76.60 26.59 61.53 27.29 24.08 49.95 78.08 33.0817294 18.36 3.69 23.73 9.12 13.42 0.88 6.42 24.63 33.3517298 46.88 138.23 30.35 90.37 92.24 56.23 51.57 45.37 64.4117299 - - - - - - - - -

Los valores del WDPT de cada una de las muestras fueron sometidos a un análisis decomparación no paramétrico (Kruskal-Wallis) entre los días de medida, encontrándose que nohubo diferencias estadísticamente significativas entre los diferentes días, para la misma muestra.

Además, se hizo un análisis de comparación no paramétrico de los valores del WDPT de lasmuestras mantenidas al aire con los de las muestras mantenidas en horno a 105 °C (Mann-Whitney), encontrándose diferencias altamente significativas (> 99%) entre la repelencia al aguade las muestras, medida en las dos condiciones de almacenamiento, el mismo día.

3.3.1.2.2.6. Comparación de la mediana y la media de los valores del WDPT

Dekker y Ritsema (1994b) y Dekker (1998) han utilizado, para caracterizar la persistencia de larepelencia al agua en los suelos, la prueba del WDPT colocando tres gotas de agua destiladasobre la superficie suavizada de la muestra, pero tomando como tiempo para definirla, el tiempogastado por la segunda gota en penetrar completamente en aquel.

Con el fin de establecer que tanto se aproxima la caracterización de la persistencia con el valor dela mediana, al valor promedio que se ha utilizado ampliamente para hacerlo, se hizo un análisisde comparación de muestras entre esos dos valores para 116 muestras de Andisoles de la cuencade Piedras Blancas. En la Figura 3.12 se presentan las gráficas que muestran los valores medianosy promedios del WDPT de las muestras analizada, después de haber sido secadas a 35 y a 105 °C.



127

Promedio WDPT (s)

M e d i a n a W D P T ( s )

0 1000 2000 3000 40000

1000

2000

3000

4000

Promedio WDPT (s)

M e d i a n a W D P T

( s )

0 1000 2000 3000 40000

1000

2000

3000

4000

a. b.

FIGURA 3. 12. Relación Entre los valores de la mediana y la media del WDPT medido en Andisoles de la cuencade la quebrada Piedras Blancas, en muestras secadas a:a. A 35 °C.b. A 105 °C.

Cuando se hizo la comparación entre los valores representados en las gráficas mencionadas(prueba de Mann-Whitney), no se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas (al 95%)entre ellos.

3.3.1.2.2.7. Conclusiones

Con las observaciones hechas en este estudio de caso, se puede concluir que:

La persistencia de la repelencia al agua en Andisoles de la cuenca de Piedras Blancas esalta y se presenta en coberturas de pinos, ciprés y roble.El secado de las muestras a 105 °C expresa la “persistencia potencial extrema” de larepelencia al agua, ya que el valor del WDPT determinado bajo esta condición es el másalto obtenido.La variabilidad aleatoria de la persistencia de la repelencia al agua es muy alta; loscoeficientes de variación, en determinados casos, pueden llegar a presentar valoresmayores al 100%. Además, entre los valores del coeficiente de variación también hay unaalta variabilidad.Cuando se analizaron las muestras con WDPT < 1800 s, no se encontró diferenciasignificativa entre las medianas de los valores del WDPT ni entre los del coeficiente devariación, debidas a las coberturas vegetales. No se encontró diferencia significativa entre los valores de las medianas del WDPT nientre los coeficientes de variación, al fraccionar las muestras en tamaños de 1 a 2 mm y <1 mm y compararlas entre ellas y con el suelo sin fraccionar. No se pudo establecer una tendencia que permita prever el comportamiento de la

repelencia al agua en suelos almacenados bajo diferentes condiciones, durante cortos períodos de tiempo. No se encontró diferencia significativa entre los valores promedio y mediano del WDPTde muestras secadas a diferentes condiciones.Se puede aceptar la hipótesis de que cada suelo responde en forma particular ante elfenómeno de la repelencia al agua.



128

3.3.1.3. Variabilidad aleatoria de las medidas con la solución de etanol al 15%

Jaramillo (2001a) llevó a cabo un estudio sobre el efecto de la hidrofobicidad en la estructura dealgunos Andisoles de la cuenca de Piedras Blancas. Los suelos utilizados los fraccionó en 7grupos por tamaño mediante tamizado en seco y en cada fracción evaluó la persistencia de larepelencia al agua, midiendo el tiempo promedio que gastaba una gota de una solución de etanolal 15% en penetrar completamente en el suelo correspondiente. El tiempo máximo deobservación seleccionado fue de 600 s. Los resultados de tiempo que obtuvo en las muestras que presentaron al menos un grupo de tamaño de agregados con menos de 600 s se presentan en laTabla 3.19.

TABLA 3.19. Tiempo (s) gastado por una gota de solución de etanol al 15 % para penetrar completamente enmuestras de agregados de diferentes tamaños tamizados en seco de Andisoles repelentes al agua de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas (promedio de 5 determinaciones). Datos tomados de Jaramillo(2001a).

Tamaño de agregados (mm)Muestra > 5 5 - 2 2 - 1 1 - 0.5 0.5 - 0.25 0.25 - 0.1 < 0.1S1-9 15.24 5.18 8.42 4.04 4.78 5.89 27.92S1-3b 3.73 21.37 11.96 10.23 2.44 2.27 3.09PBC1-2 0.99 13.72 44.26 56.51 1.44 0.79 1.21PBC2 1.07 10.97 39.15 60.94 68.94 1.52 0.80R6-1 111.95 257.77 646.59 > 600 > 600 > 600 > 600PBC1-1 5.85 60.45 449.66 > 600 > 600 > 600 > 600PBT1 3.16 91.03 327.40 > 600 > 600 > 600 > 600M1-3 16.27 101.18 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600R3-2 77.98 271.56 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600R6-2 16.69 128.80 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600R4-1 83.48 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600R1-3 103.98 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600R7-2 340.94 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600M2-2 133.30 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600 > 600

Los resultados de la Tabla 3.19 confirman las observaciones de Bisdom et al (1993), en el sentidode que en un suelo hidrofóbico, no necesariamente todos los agregados lo son, sino que puedenhaber agregados completamente humectables, aunque no alcancen a cambiar el comportamientodel suelo en su conjunto.

Se observa en la tabla anterior que el tiempo gastado por la solución en penetrar en el sueloaumenta al disminuir el tamaño de los agregados, sobre todo en aquellas muestras más repelentesal agua. Al establecer los coeficientes de variación de los valores de persistencia obtenidos, alinterior de cada fracción de agregados, se observó una alta variabilidad entre las determinaciones,como lo muestran los valores de la Tabla 3.20; estos coeficientes fueron mayores en lasfracciones de mayor tamaño, sugiriendo grandes diferencias superficiales en los recubrimientosde los peds por las substancias hidrofóbicas que acumulan, situación encontrada por Fink (1970)y por Dekker (1998) y observada en el trabajo de Jaramillo (2001a).



129

TABLA 3.20. Coeficientes de variación (%) del tiempo de entrada de una gota de solución de etanol al 15% enfracciones de diferente tamaño de agregados, tamizados en seco, de Andisoles repelentes al agua dela cuenca de la quebrada Piedras blancas. Datos tomados de Jaramillo (2001a).

Coeficientes de variación ( % )Muestra > 5 5 - 2 2 -1 1 - 0.5 0.5 - 0.25 0.25 - 0.1 < 0.1S1-9 66.77 21.42 20.14 15.20 12.84 14.90 21.75S1-3b 62.02 19.95 18.09 26.14 14.07 9.14 12.85PBC1-2 57.05 42.40 22.40 18.81 9.86 10.93 8.52PBC2 49.00 37.19 14.77 8.69 3.91 9.34 8.38R6-1 47.74 33.17 12.43 - - - -PBC1-1 13.63 30.70 7.15 - - - -PBT1 76.89 14.95 18.39 - - - -M1-3 30.54 7.15 - - - - -R3-2 44.72 54.94 - - - - -R6-2 84.32 23.60 - - - - -

R4-1 47.83 - - - - - -R1-3 38.72 - - - - - -R7-2 66.41 - - - - - -M2-2 73.09 - - - - - -

Al analizar los coeficientes de variación expuestos en la Tabla 3.20, en las muestras donde haysuficiente información, se observa que los menores valores de estos coeficientes se presentan enagregados menores de 1 mm de diámetro, pareciendo acertada la recomendación que hace King(1981), de que la hidrofobicidad del suelo se mida en muestras tamizadas a 1 mm; estarecomendación es especialmente válida, si se tienen en cuenta los altos valores que se obtuvieronen los coeficientes de variación con los agregados de tamaño mayor al recomendado.

3.3.2. VARIABILIDAD ESPACIALSi la variabilidad aleatoria de la repelencia al agua es alta, la variabilidad espacial no lo es menos.

3.3.2.1. Variabilidad espacial del MED

Roy et al (2000) hicieron evaluaciones de variabilidad espacial de la repelencia al agua en suelosde Canadá, en cuadrículas rectangulares con espaciamiento regular entre los puntos de muestreoque cubrían parches hidrofóbicos completos e incluían partes de suelos normal que se encontrabaalrededor de los parches y que era tomado como control. El muestreo lo hicieron en dos profundidades: En la capa superficial de 0 a 10 cm y en una capa de 20 a 30 cm de profundidad.

El espaciamiento entre muestras en la malla, fue variable entre los sitios porque se ajustaba demanera que se tuvieran al menos 24 puntos en ella, la mitad de los cuales debían quedar en el parche hidrofóbico y la otra mitad en el suelo normal; de todas formas éste no debió haber sidomuy amplio, puesto que la mayoría de los parches fue de menos de 1 ha, con mediana de 0.38 ha.En la Figura 3.13 se presentan los valores del MED obtenidos en la malla de uno de los sitiosestudiados por Roy et al (2000) en la cual, los valores en negro corresponden al MED de los primeros 10 cm del suelo y los que están en gris, son de la capa de 20 a 30 cm de profundidad.



131

FIGURA 3.14. Variabilidad espacial del grado de repelencia al agua en un suelo franco limoso de Holanda.Modificada para su presentación de Dekker y Ritsema (1995).

FIGURA 3.15. Variabilidad espacial de la distribución vertical de la repelencia al agua en 6 transectos hechos ensuelos arenosos de Holanda, muestreados en diferentes épocas. Modificado para su presentación deDekker (1998).



133

FIGURA 3.17. Visualización tridimensional de iso-clases de WDPT en un suelo arenoso de Holanda. La leyendade colores se refiere a la clase de WDPT: El número 1 (color rojo) indica suelo humectable y el 10indica suelo con clase de WDPT > 6 horas. Ver explicación en el texto. Tomada de Ritsema(1998).

En la figura anterior se presenta la iso-superficie de la clase de WDPT entre 3 y 4 horas en un bloque de suelo de 2.2 x 0.4 x 0.74 m. En la gráfica A se muestra la variación de las clases deWDPT en un plano horizontal y en la B, esa variación, pero en un plano vertical.

Jaramillo (2003a) también encontró una alta variabilidad espacial de rango corto en 6 perfilesverticales de Andisoles, bajo cobertura de P . patula de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas.En la Figura 3.18 se presentan los mapas de uno de los transectos trabajados en los que se apreciael incremento en la repelencia al agua por efecto del secado a 105 °C y el patrón de distribuciónirregular del WDPT en el perfil del suelo en las dos condiciones de secado. Para visualizar larepelencia al agua fue necesario transformar los límites inferiores de las clases de WDPT propuestas por Dekker y Jungerius (1990) a logaritmo en base 2 y estos valores son los que se presentan en los mapas. Las irregularidades que se aprecian en la distribución de la repelencia alagua en estos suelos pueden generar fácilmente vías de flujo preferencial.



134

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180


-40

-20

0

P r o f u n d i d a d

( c m )

-3036912Log2 del límite inferior de la clase de WDPT_35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180


-40

-20

0

P r o f u n d i d a d

( c m )

024681012

Log2 del límite inferior de la clase de WDPT_105

FIGURA 3.18. Variabilidad espacial vertical de la repelencia potencial (a 35 y a 105 °C) al agua de un Andisol dela cuenca de la quebrada Piedras Blancas bajo cobertura de P . patula. Tomada de Jaramillo(2003a).

En los Andisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas también se determinó una atavariabilidad espacial horizontal de la repelencia al agua, como se puede apreciar en el mapa que

se presenta en la Figura 3.19. En dicho mapa, levantado a mano en una cuadrícula regular de 100x 40 m, se puede apreciar que la variabilidad espacial es de rango muy corto, tal como lo hanreportado otros autores citados anteriormente, y es obvio el patrón de parches en la distribucióndel fenómeno. Otro aspecto interesante de este mapa es que insinúa la presencia de anisotropía enla distribución de la variabilidad espacial de la repelencia al agua: Nótese que hay un patrón en laforma de las unidades delimitadas, con una tendencia alargada en la dirección este-oeste, el cualno se presenta en la dirección norte-sur.



135

FIGURA 3.19. Variabilidad espacial superficial de la repelencia al agua en Andisoles de la cuenca de la quebradaPiedras Blancas, bajo cobertura de P . patula. Tomada de Castillo y Gómez (1995).

Vanegas (2003) confirmó la existencia de anisotropía en la distribución de la repelencia al agua,en el sentido vertical, en varios perfiles de Andisoles que estudió en la cuenca de PiedrasBlancas, bajo coberturas de pino y de roble y muestreados en épocas secas y húmedas. En lasFiguras 3.20 y 3.21 se presentan los mapas correspondientes a los transectos obtenidos bajocoberturas natural y de pino, respectivamente, muestreados en la época seca (Febrero), en dosdirecciones ortogonales entre sí y con el WDPT determinado en campo (repelencia real) y enmuestras estabilizadas en el laboratorio a 15 °C. Los suelos estudiados fueron muestreados cada 5cm en el sentido horizontal y en 4 profundidades. Nótese en estos mapas cómo hay dos patronescompletamente diferentes en la distribución de la repelencia al agua en los dos transectosubicados en el mismo sitio y como es notable la formación de una vía de flujo preferencial desdela superficie del suelo, entre 35 y 50 cm de distancia horizontal, en el transecto bajo coberturanatural de dirección este-oeste.

A una escala de trabajo mayor, el autor de este documento estableció la variabilidad espacialsuperficial de rango largo que podría presentarse en la cuenca de Piedras Blancas, mediante unmuestreo hecho en ella, en forma aleatoria, tratando de cubrirla completamente y observandodiferentes coberturas vegetales. Para producir estos mapas, la repelencia al agua de cada muestrase caracterizó con las clases propuestas por Dekker y Jungerius (1990); luego, los valores de loslímites inferiores de cada clase fueron transformados a logaritmo base 2 y con los valores de estatransformación se hizo una interpolación con kriging. Los resultados obtenidos se presentan en la



136

Figura 3.22. Se observa en esta figura que, aparentemente, no hay una gran variabilidad espacialen la repelencia al agua, falsa impresión que se genera por la escala de trabajo, como loconfirmaron Ritsema y Dekker (1996a).

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Distancia Horizontal (cm)

-20

-10

0

P r o f u

n d i d a

d ( c m

)

-401060110160210260

WDPT1_c (s)

0 10 20 30 40 50 60 70 80


-20

-10

0

P r o

f u n

d i d a

d ( c m )

-401060110160210260

WDPT2_c (s)

FIGURA 3.20. Anisotropía en la distribución de la repelencia vertical al agua en dos transectos de Andisoles de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajo cobertura vegetal natural, muestreados en época seca ycon direcciones ortogonales entre sí: El superior en dirección norte-sur y el inferior en dirección este-oeste. Tomada de Vanegas (2003).



137

0 10 20 30 40 50 60 70 80


-30

-20

-10

0

P r o

f u n

d i d a

d ( c m )

-6001008001500220029003600

WDPT5_15 (s)

0 10 20 30 40 50 60 70 80


-30

-20

-10

0

P r o

f u n

d i d a

d ( c m

)

-6001008001500220029003600

WDPT6_15 (s)

FIGURA 3.21. Anisotropía en la distribución de la repelencia vertical al agua en dos transectos de Andisoles de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajo cobertura de P . patula, muestreados en época seca y condirecciones ortogonales entre sí: El superior en dirección norte-sur y el inferior en dirección este-oeste. Tomada de Vanegas (2003).



138

FIGURA 3.22. Mapa de la variabilidad espacial de la repelencia al agua en la cuenca de la quebrada PiedrasBlancas, con base en el log2 del límite inferior de la clase de repelencia al agua propuesta porDekker y Jungerius (1990).

3.3.3. VARIABILIDAD TEMPORAL

Dekker y Ritsema (1995) sostienen que la repelencia al agua es una propiedad del suelo,dependiente del tiempo. Doerr y Thomas (2000), entre otros investigadores han observado que elsuelo es más repelente al agua cuando está seco y menos repelente, e incluso, hidrofílico, cuandoestá húmedo.

Ritsema et al (1997) observaron que la repelencia real al agua cambia más rápidamente, con eltiempo, que la repelencia potencial, debido a que los cambios en la primera están controlados porcambios en la humedad del suelo, mientras que los cambios en la segunda se dan obedeciendo acambios en la cantidad y/o calidad de las sustancias húmicas hidrofóbicas y éstastransformaciones requieren de más tiempo que los cambios en humedad.

Clasede WDPT

0

1

2

3



139

Dekker y Ritsema (1995) ilustran, en la Figura 3.23, la variabilidad que se presenta en el patrónde distribución de las zonas repelentes y no repelentes al agua en suelos franco limosos deHolanda, muestreados en diferentes épocas.

FIGURA 3.23. Variabilidad temporal de la repelencia real al agua en un suelo franco limoso de Holanda.Modificado para su presentación de Dekker (1998).

Una fuerte evidencia de la alta variabilidad temporal que se presenta en la repelencia al agua en elsuelo la suministran las gráficas de distribución de muestras, por clase de WDPT, obtenidas porDekker et al (2001) y que se muestran en la Figura 3.24. Obsérvese que la repelencia real que seobtiene en las profundidades de 2.5 a 19 cm, muestreando los suelos en la época más seca(septiembre), es prácticamente la misma que la repelencia potencial de esos suelos, cuando lasmuestras se secan a 25 y 65 °C. Nótese que en el muestreo de la época húmeda hay contrastesimportantes entre la repelencia real y la potencial a 25 y 65 °C.

Vanegas (2003) también comprobó la variabilidad temporal de la repelencia al agua en Andisolesde la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, tanto en suelos bajo cobertura de pinos, como enaquellos bajo cobertura vegetal natural.

En las Figuras 3.25 y 3.26 se muestran los mapas de la variabilidad espacial vertical de larepelencia real y potencial a 25 °C, respectivamente, de dos suelos muestreados en transectos paralelos bajo cobertura de P . patula, uno en época seca y el otro en época húmeda en la cuencade la quebrada Piedras Blancas. Si se comparan los 4 mapas expuestos se aprecia, no sólo elefecto de la época de muestreo, sino también el efecto del secado de las muestras. Se puedeapreciar en la Figura 3.25 que la repelencia real es moderada en los primeros 5 cm del suelo,cuando la determinación del WDPT se hace en época húmeda, pero cuando se hace en épocaseca, parece que hubiera un ascenso de la porción más repelente hasta la superficie del suelo. Enla figura 3.26, la determinación del WDPT en época húmeda muestra que en algunos puntos del perfil la repelencia más severa ocupa un menor espesor del suelo, aunque en superficie, en ambasépocas, la repelencia es severa. El comportamiento anterior confirma la conclusión a la quellegaron Dekker et al (2001), en el sentido de que los cambios en la repelencia al agua en el suelo,observados en las diferentes épocas de evaluación, no sólo obedecen a variaciones en el



140

contenido de agua del suelo sino que también hay otros procesos que tienen lugar durante elsecado del suelo en el campo, que intervienen en ellos.

FIGURA 3. 24. Distribución de la cantidad de muestras por clase de WDPT en suelos arenosos de dunas deHolanda, con humedad de campo y secados al horno a tres temperaturas, en varias profundidadesdentro del perfil, muestreados en diferentes épocas. Modificada para su presentación de Dekker etal (2001).



141

0 10 20 30 40 50 60 70 80


-20

-10

0

P r o

f u n

d i d a

d ( c m

)

-402080140200260320

WDPT7_c (s)

0 10 20 30 40 50 60 70 80


-30

-20

-10

0

P r o u n

d i d a

d ( c m

)

-402080140200260320

WDPT5_c (s)

FIGURA 3.25. Variabilidad en la distribución de la repelencia vertical real al agua en dos transectos paralelos deAndisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajo cobertura de P . patula, muestreadosen diferentes épocas: El superior en época húmeda y el inferior en época seca. Tomada de Vanegas(2003).



142

0 10 20 30 40 50 60 70 80


-20

-10

0

P r o

f u n

d i d a

d ( c m

)

-40030010001700240031003800

WDPT7_25 (s)

0 10 20 30 40 50 60 70 80


-30

-20

-10

0

P r o

f u n

d i d a

d ( c m

)

-40030010001700240031003800

WDPT5_25 (s)

FIGURA 3.26. Variabilidad en la distribución de la repelencia vertical potencial al agua, a 25 °C, en dos transectos paralelos de Andisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajo cobertura de P . patula,muestreados en diferentes épocas: El superior en época húmeda y el inferior en época seca.Tomada de Vanegas (2003).



143

Muchos investigadores han explicado la variabilidad temporal de la repelencia al agua en el suelomediante un proceso de secado del mismo que genera un reacomodo de las moléculas orgánicashidrofóbicas (Doerr et al, 2000). Cuando el suelo está húmedo, hay un efecto de dilución de loscompuestos hidrofóbicos, los enlaces entre ellos y las superficies hidrofílicas son débiles y laexposición de terminales hidrofóbicos es baja, lo que genera un suelo humectable. A medida queel suelo se va secando, los enlaces entre los grupos hidrofílicos orgánicos y entre ellos y las partículas del suelo son cada vez más fuertes, produciéndose un cubrimiento de éstas máscerrado, con los grupos hidrofílicos de los recubrimientos unidos a las superficies sólidas ydejando los grupos hidrofóbicos de los mismos expuestos hacia el espacio vacío que rodea las partículas, generando una superficie repelente al agua. Un posterior humedecimiento del suelo puede regenerar la humectabilidad del mismo.

Con base en el mecanismo anterior, se ha dado una gran importancia al concepto de “límitecrítico de humedad del suelo”, como requisito para que se manifieste o no la repelencia al aguaen un determinado suelo. Dicho mecanismo serviría para explicar más o menos adecuadamente lavariabilidad temporal de la repelencia al agua de rango corto o estacional, es decir, entre un periodo de poca lluvia y el siguiente periodo lluvioso.

Con respecto a lo anterior, Doerr y Thomas (2000) encontraron que el sólo cambio de humedaden el suelo no fue suficiente para explicar el cambio de repelencia al agua que tuvieron en suelosde textura gruesa de Portugal. Ellos sostienen que hay otros factores que intervienen en elcomportamiento estacional de la repelencia al agua, como:

Régimen de lluvias: Para que la repelencia desaparezca, el suelo debe ser sometido a periodos largos de humedecimiento y para que ella sea restituida completamente, tambiéndebe ser sometido a periodos prolongados de secado.Productividad biológica: Se requiere de nuevas entradas de sustancias hidrofóbicas paraque la repelencia al agua sea restituida después de que el suelo ha tenido un proceso dehumedecimiento, por lo cual la velocidad de restitución de la repelencia depende de la productividad biológica del ecosistema. Si la repelencia es producida por hongos, raícesy/o litter, su restitución será más rápida en ambientes cálidos húmedos. Esto explica elincremento en la repelencia al agua que algunos investigadores han observado en algunossuelos, al empezar a humedecerlos.Variabilidad espacial: La discontinuidad espacial de la repelencia puede acelerar sudesaparición ya que el humedecimiento no estaría restringido al contacto directo con lalluvia o con el agua acumulada en la superficie del suelo.

Hubert y Oriol (2003) estudiaron los cambios que se produjeron durante un año en la repelenciaal agua de un suelo de textura gruesa que estuvo sometido a un incendio en septiembre de 2002.Encontraron fuertes cambios en el grado de repelencia al agua de los 2 primeros centímetros del

suelo, en las diferentes estaciones:Antes del incendio, el 41% de la parcela experimental mostró muy baja o ningunarepelencia (WDPT < 5 s).Dos semanas después del incendio, el 25% de la superficie tenía muy baja o ningunarepelencia y se había pasado de 37 a 49% del área con repelencia moderada a extrema(WDPT > 30 s).



144

En diciembre, después de varias lluvias, la repelencia moderada a extrema sólo ocupaba4% y la superficie que tenía muy baja o ninguna repelencia era del 91%.Durante el invierno y la primavera, el área de muy baja o ninguna repelencia se mantuvoalrededor del 70% y en dos ocasiones llegó al 100%.En la época seca el área afectada por repelencia al agua entre moderada y extrema fuealrededor de la mitad de la que había antes de las lluvias y, contrario a lo esperado, sólo se presentó cuando los suelos tuvieron contenidos de humedad muy bajos (< 2%). En estaépoca, la repelencia al agua fue más pronunciada entre 2 y 4 cm de profundidad que enlos primeros 2 cm, probablemente debido a la traslocación y condensación de compuestoshidrofóbicos volatilizados durante el incendio y al lavado de algunos de ellos desde lasuperficie, por las lluvias del periodo consistentemente húmedo anterior.

Según Hubert y Oriol (2003), los menores valores de repelencia moderada a extrema observadosen la estación seca del verano se pueden deber a:

Ausencia de cobertura vegetal y de litter nuevo del chaparral que suministrara compuestosorgánicos hidrofóbicos.Pérdida de suelo superficial altamente inestable localizado en pendientes muy fuertes (>55%).Crecimiento de raíces y actividad de la microfauna.La redistribución de las cenizas dentro del suelo. Las cenizas producidas por el incendiofueron enterradas por capas de aproximadamente 2 cm de espesor de materiales que semovieron sobre su superficie. En algunas áreas las cenizas fueron enterradas hasta 10 cmde profundidad. Las cenizas son humectables y donde fueron enterradas, disminuyeron larepelencia al agua del suelo.

A pesar de lo que se ha expuesto en los apartes anteriores, no debe olvidarse que la respuesta delsuelo a la repelencia al agua es particular de cada uno de ellos. Además, de la discusión hecha eneste capítulo, vale la pena llamar la atención acerca del hecho de que para entender cabalmente lavariabilidad de la repelencia al agua en el suelo, es fundamental conocer su origen y entender sudinámica.



CAPÍTULO 4

VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL

4.1. DEFINICIÓN Y DESARROLLO....................................................................................147 4.1.1. FLUJO EN MACROPOROS.....................................................................................1484.1.2. FLUJO DIGITADO ...................................................................................................149

4.2. MECANISMO DE HUMEDECIMIENTO DE UN SUELO REPELENTE AL AGUACON VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL ...........................................................................156

4.2.1. FLUJO DE DISTRIBUCIÓN ....................................................................................1574.2.2. FLUJO VERTICAL...................................................................................................1584.2.3. FLUJO DIVERGENTE..............................................................................................158

4.3. IMPORTANCIA Y EFECTOS DE LAS VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL EN EL SUELO.....................................................................................................................................159

4.3.1. EFECTO SOBRE EL MOVIMIENTO DE AGUA...................................................1594.3.2. EFECTO SOBRE EL MOVIMIENTO DE CONTAMINANTES............................159

4.4. RECONOCIMIENTO DE LAS VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL.........................1604.4.1. EN EL CAMPO .........................................................................................................1604.4.2. CON INFORMACIÓN DE HUMEDAD Y/O DE REPELENCIA AL AGUA........162



4.1. DEFINICIÓN Y DESARROLLO

Según Doerr et al (2000), elflujo preferencial es el movimiento concentrado del agua por unavía preferencial, a través de la matriz del suelo. Lasvías de flujo preferencial son aquelloscaminos que permiten la concentración del flujo y el movimiento del agua. En la Figura 4.1 seilustra una vía de flujo preferencial encontrada en un Andisol por la cual, no sólo se ha movido preferencialmente el colorante que la diferencia, sino que, además, se ha movido intensamentemateria orgánica.

FIGURA 4.1. Vía de flujo preferencial asociada a macroporos y agujeros de origen biológico en un Andisol de la

cuenca de la quebrada Piedras Blancas.

Selker et al (1999) definen elflujo preferencial como aquel conjunto de procesos que producenuna rata de flujo que es altamente variable dentro de unidades de un medio que es homogéneo aescala métrica. Estos autores diferencian dos tipos de flujo preferencial:

Flujo en macroporos: Que es el movimiento a lo largo de grietas, canales o agujeros queson más grandes de lo que cabe esperar por la distribución de tamaño de partículas delsuelo.Flujo digitado (o en forma de dedos): Que es el movimiento que se produce en cuerposaislados a través de un medio homogéneo.

El origen de las vías de flujo preferencial es muy variado:Pueden ser rasgos preexistentes en el suelo como lentes de arcilla o de arena, o en la roca,como fisuras (Hillel, 1998).Pueden formarse físicamente por agrietamiento de arcillas expansivas debido a procesosde humedecimiento y secamiento (Stephens, 1996; Hillel, 1998; Selker et al, 1999;Dekker y Ritsema, 2000).



148

Pueden formarse por procesos biológicos como los túneles o madrigueras hechas porlombrices, hormigas, roedores y otros animales en el suelo o por la presencia de canalesdejados por la descomposición de las raíces de las plantas (Stephens, 1996; Hillel, 1998;Selker et al, 1999; Dekker y Ritsema, 2000).El hombre, mediante la manipulación del suelo, sobre todo por efecto de su mecanización, puede generar vías de flujo preferencial (Hillel, 1998).Eventos geomorfológicos que alteran las vertientes como subsidencia o rupturassuperficiales del terreno (Selker et al, 1999).Discontinuidades texturales en las que hay un horizonte superficial de textura más finaque la textura del horizonte que se encuentra por debajo de él (Hillel, 1998).Frentes inestables de humedecimiento (Hendrickx y Dekker, 1991; Hendrickx et al, 1993;Ritsema et al, 1993).Presencia de materiales repelentes al agua (Hendrickx y Dekker, 1991; Hendrickx et al,1993; Ritsema et al, 1993; Ritsema y Dekker, 1996b; Dekker y Ritsema, 2000). Ritsemaet al (1997) las encontraron, en suelos de dunas de arena, en aquellas áreas donde el suelotenía menor valor de repelencia potencial al agua.Encharcamiento de agua en depresiones superficiales que generan una presiónhidrostática que ayuda a la entrada del agua en el suelo (Hendrickx y Dekker, 1991).

4.1.1. FLUJO EN MACROPOROS

Como ya se mencionó, éste es el flujo concentrado que se da por espacios vacíos que tienentamaños que no corresponden con el tamaño que se deriva de la granulometría que posee el suelo.En la Figura 4.2 se muestran dos ejemplos de este tipo de flujo, uno en poros gruesos de unAndisol de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas (4.2.a) y el otro a través de grietas en prismas de un suelo arcilloso de Holanda, trabajado por Dekker y Ritsema (1996) (4.2.b).

a. b.

FIGURA 4.2. Vías de flujo preferencial ena. Poros grandes en un Andisol de la cuenca de la quebrada PiedrasBlancas yb. En la cara de una grieta en un prisma de un suelo arcilloso de Holanda. La fotobtomada de Dekker (1998).



149

Según Selker et al (1999), para que este tipo de flujo se produzca, el agua que se mueve en el poro grande no debe ser halada por las fuerzas capilares de los poros más finos que lo rodean, loque se consigue si:

Los poros alrededor están llenos de agua, mecanismo común en regiones húmedas enépocas lluviosas, oEl flujo en el macroporo excede la rata de transferencia de agua hacia el suelocircundante, lo que exige una aplicación intensa de agua: lluvia o riego.

Este tipo de flujo, según Selker et al (1999), puede mover cantidades considerables de agua: Si uncanal de una lombriz tiene 100 veces el diámetro de un poro fino intergranular, él puedetransportar 10 000 veces el flujo por unidad de área que mueve el suelo que está a su alrededor, bajo un flujo gravitacional.

4.1.2. FLUJO DIGITADO

Como se indicó antes, este tipo de flujo se presenta al interior de un material homogéneo, sin quehayan, aparentemente, vías que lo canalicen. Como este tipo de flujo es el que se relaciona másdirectamente con los suelos repelentes al agua, a continuación se analizan en forma amplia susmanifestaciones.

4.1.2.1. Desarrollo

Según Selker et al (1999), este flujo se presenta en suelos de texturas gruesas y/o en suelos conalgún grado de repelencia al agua y ocurre sólo en condiciones de no-saturación. Hillel (1998)adiciona que este tipo de flujo también se presenta cuando hay discontinuidad textural en elsuelo, con un horizonte de textura más gruesa debajo de uno con textura más fina o cuando pordelante de un frente de humedecimiento que está avanzando queda aire atrapado que lo frenadiferencialmente.

Hill y Parlange, citados por Selker et al (1999) notaron que cuando el agua entraba a un suelo detextura gruesa que estaba seco, ella tenía la tendencia a moverse en regiones aisladas quellamaron “dedos” (ver Figura 4.3).

También Hill y Parlange, pero citados por Hillel (1998), comprobaron que los dedos se formancuando la velocidad frontal del flujo es menor que la conductividad hidráulica saturada del medioen que éste se produce.

Los dedos no sólo se desarrollan en suelos secos o con poca humedad. En la Figura 4.4 puedeverse la generación inicial de frentes de humedecimiento inestables y la posterior formación dededos en una arena igual a la de la Figura 4.3, pero muy húmeda.

Los dedos también se generan, según Hillel (1998), cuando un frente de humedecimiento que estádescendiendo a través de una capa de textura fina llega a otra de textura más gruesa. Baker yHillel, citados por Hillel (1998), encontraron que cuando el frente de humedecimiento llega al



152

Criterio de cabeza de presión:

0][ 0 aw hhh F [ 4.2 ]

Donde:F: Diferencia neta de potencial mátrico entre capas humedecidas.h0: Cabeza de presión en la superficie del suelo, es decir, lámina de agua acumulada

sobre el suelo.hw: Presión de entrada del agua.ha: Cabeza de presión del aire medida por debajo del frente de humedecimiento.

4.1.2.2. Propiedades

Las vías de flujo preferencial digitadas se pueden caracterizar por tres propiedades básicas: Eltamaño de los dedos, la velocidad con la que ellos avanzan y la recurrencia con que se presentanen diferentes eventos de infiltración en el suelo.

4.1.2.2.1. Tamaño

El diámetro de las vías de flujo preferencial depende, fundamentalmente, del tamaño de las partículas del suelo, de la rata de infiltración, de la conductividad hidráulica saturada del suelo yde las condiciones de humedad iniciales del suelo.

En suelos de textura fina el ancho de los dedos es mayor que en los suelos de textura gruesa(Hendrickx, 1993; Yao y Hendrickx, 1996). Dekker y Ritsema (1995) observaron, en un suelo

franco, dedos con diámetros entre 70 y 100 cm, ubicados en zonas de baja persistencia y bajogrado de repelencia potencial al agua.

El diámetro de los dedos aumenta al disminuir la rata de infiltración: Con una rata de infiltraciónmenor de 0.2 cm h-1, el diámetro de los dedos se incrementa en más del 100%, por cada 10% dedecrecimiento en la tasa de infiltración (Yao y Hendrickx, 1996). Hendrickx y Yao (1995)encontraron que en una arena gruesa (0.84 a 1.41 mm de diámetro), con una tasa de infiltraciónde 8.6 cm h-1, se desarrollaban dedos de 4 cm de diámetro mientras que, bajando la tasa a 0.13 cmh-1, el diámetro de los dedos pasaba a 22 cm.

Ritsema y Dekker (1994a) elaboraron mapas de isolíneas de humedad en un suelo arenosoextremadamente repelente al agua, después de que cayeron 75 mm de lluvia entre junio 21 y julio12 y detectaron la formación de dedos verticales que alternaban con áreas secas de entre 20 y 40cm de ancho. El tamaño de los dedos varió entre 10 y 15 cm de ancho, cuando el suelo estuvoseco y, entre 40 y 50 cm, cuando estuvo húmedo. Wang et al (2003) encontraron que el ancho delos dedos que estudiaban pasó de 4.5 cm, cuando el suelo estaba seco, a casi 17 cm cuando estuvohúmedo al iniciar la infiltración (ver Tabla 4.1).



154

Heijs et al (1996) detectaron dedos de entre 10 y 20 cm de diámetro en suelos arenosos de dunas,en Holanda, que se formaban a partir del límite entre el horizonte superficial de 10 cm de espesory la arena subyacente. Observaron que los dedos se ubicaban en las áreas de mayor densidadaparente.

Con respecto a la longitud de los dedos, Wang et al (2003), estudiando la redistribución de lainfiltración en laboratorio con arena homogénea, observaron que los dedos que se formaban eranmás largos cuando el suelo estaba húmedo al iniciar el proceso de infiltración. Ritsema y Dekker(2000) encontraron dedos que se prolongaron hasta 70 cm de profundidad dentro de un sueloarenoso extremadamente seco. Cuando un dedo alcanza su máxima longitud, el centro del mismoempieza a secarse y a difundir agua hacia las áreas vecinas secas (Rooij, 2000).

Rooij (2000) hizo una amplia revisión acerca de la formación de vías de flujo preferencial yencontró 8 fórmulas que se han utilizado para predecir el radio de los dedos que se forman. Entodas las fórmulas, aparte de otros factores utilizados para hacer ajustes puntuales de los modelos,el radio de los dedos fue proporcional a la relación (1 – P/Ks), elevada a las potencias -0.5, -1 ó0.5, donde P es la rata de flujo y Ks es la conductividad hidráulica saturada.

Hendrickx (1993) estudió la interacción de estos dos factores en cajas llenas con dos tipos dearena: una gruesa (mayor Ks) y una fina (menor Ks); aplicó 40 mm de agua en ambas, con unaintensidad de 0.1 cm min-1 para la arena gruesa y de 0.07 cm min-1 para la fina y encontró que losdedos en la arena gruesa tuvieron 5 cm de diámetro, mientras que los de la fina tuvieron 30 cm.

4.1.2.2.2. Velocidad

La velocidad de formación y de avance de los dedos, en una arena gruesa y homogénea norepelente al agua, depende del contenido de humedad inicial del suelo: La velocidad decrece amedida que el contenido de humedad aumenta, sin que se llegue a la saturación (Wang et al,2003; ver Tabla 4.1). Este autor, al igual que Rooij (2000), también notó que la velocidad se vareduciendo en la medida en que transcurre el tiempo, lo que implica que la rata de transferenciade agua de los dedos a la matriz adyacente, controla el avance de dichos dedos.

En arenas repelentes al agua, como puede verse en la Tabla 4.2, Bauters et al (1998) encontraronque la velocidad del frente de humedecimiento aumentó al aumentar el grado de repelencia. En laFigura 4.5 se presentan las curvas de avance del frente de humedecimiento en los diferentesmateriales estudiados por Bauters et al (1998) y puede verse que en los suelos repelentes al aguase presenta un rango de tiempo en el cual no hay infiltración sino que el agua se va acumulandoen la superficie; cuando esa acumulación llega a generar una cabeza hidráulica suficiente y sealcanza la presión de entrada de agua, la infiltración empieza y, en todos los casos, el frente de

humedecimiento de los suelos repelentes al agua llega al fondo de la cámara del ensayo antes queel frente del suelo normal.

Carrillo et al (2000a) encontraron que cuando dentro del suelo se presenta una capa repelente alagua, los dedos se desarrollan en el material humectable que está por debajo de dicha capa y queellos tienden a tener un ancho y una velocidad constantes. Además, la velocidad es mayor enaquellos dedos de mayor tamaño.



155

FIGURA 4.5. Posición del frente del dedo más avanzado como una función del tiempo después de iniciada lainfiltración. Los porcentajes se refieren al “grado de repelencia”: Cantidad de arena altamenterepelente contenida en una mezcla de ella con arena normal. Adaptada para su presentación deBauters et al (1998).

4.1.2.2.3. Recurrencia

Ritsema (1998), Ritsema y Dekker (1996b) y Ritsema y Dekker (2000) comprobaron que, enarenas repelentes al agua de dunas de Holanda, los dedos que se forman tienden a ubicarse en lasmismas localizaciones durante sucesivos eventos de precipitación, aún cuando las diferencias enel contenido de humedad en el suelo sean pequeñas. Ellos atribuyen este comportamiento a lahistéresis característica de la retención de humedad que tienen esos suelos y sostienen que estarecurrencia puede mantenerse por tiempo ilimitado, mientras que no se produzcan cambiosdrásticos en el suelo, como por ejemplo, los que produce el laboreo en tierras de cultivo.

Wang et al (2003) comprobaron, en arenas humectables, que el suelo tiene memoria de las víasde flujo preferencial que produce. Los dedos que se aprecian en la Figura 4.3 se formaron comoconsecuencia de la redistribución de 500 mL de agua, aplicados a una arena homogénea 28 díasdespués de que a esa misma arena se le habían adicionado también 500 mL de agua; según elregistro fotográfico de los dos eventos, los dedos de la Figura 4.3 se ubicaron casi exactamentedonde se ubicaron los dedos formados 28 días antes.



156

Wang et al (2003) superpusieron los registros fotográficos de los dedos obtenidos por ellos en elensayo que hicieron a los 8 días de iniciado el experimento de infiltración (ver Tabla 4.1), a los16 minutos de avance del frente (color azul) y los dedos obtenidos 28 días después de dichoevento, a los 18 minutos de avance (color rojo) y encontraron lo que se presenta en la Figura 4.6. Nótese la alta coincidencia que hay en la distribución de los dedos de los dos ensayos, lo queconfirma la recurrencia casi exacta de las vías de flujo preferencial en el suelo.

FIGURA 4.6. Recurrencia de las vías de flujo preferencial en arenas homogéneas humectables, formadas en doseventos de infiltración diferentes, espaciados 28 días. Tomada de Wang et al (2003).

Aparte de las propiedades descritas anteriormente, Selker et al (1999) mencionan otracaracterística de las vías de flujo preferencial que vale la pena tener en cuenta y es su persistencia. Sostienen dichos autores que ellas, una vez se forman, pueden ser muy persistentes, pudiendo durar hasta décadas. Dicen que ellas persisten hasta que el suelo sea secado o seasaturado completamente. Estiman que en suelos arenosos, debido a su alta conductividad, laeliminación de los dedos requiere o de un secamiento de la superficie del suelo, que es efectivohasta aproximadamente 1 m de profundidad o, del ascenso del nivel freático.

4.2. MECANISMO DE HUMEDECIMIENTO DE UN SUELO REPELENTE AL AGUACON VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL

Jaramillo (1992) observó que a pesar de que los Andisoles que trabajó en la cuenca de la

quebrada Piedras Blancas presentaban una alta repelencia al agua, sólo se presentaban secos enalgunos pequeños parches y el perfil del suelo, a los pocos centímetros de profundidad, ya seencontraba con buena humedad: Por lo menos, nunca observó la vegetación sometida a estrés deagua en esos suelos.

De las observaciones anteriores Jaramillo (1992) propuso dos mecanismos que pueden ayudar amantener húmedo el suelo en la zona de raíces:



157

Que se acumule una columna de agua lo suficientemente gruesa dentro de la capa deacículas como para que se genere una cabeza hidráulica capaz de vencer la resistencia a la penetración de la misma (que h0 > hw), y/o

Que se produzca un flujo lateral en la superficie de contacto del suelo mineral con la capade acículas, que conduzca el agua hasta los sitios no repelentes al agua y ésta entre porellos al suelo, humedeciéndolo en profundidad.

Ritsema et al (1993) estudiaron en detalle la manera como actúa el flujo preferencial en un suelorepelente al agua y propusieron el modelo que se aprecia en la Figura 4.7. En ella se identificantres tipos de flujo que componen una serie de procesos interconectados que ayudan alhumedecimiento de los suelos repelentes al agua que presentan vías de flujo preferencial.

FIGURA 4.7. Modelo de humedecimiento de suelos arenosos repelentes al agua con vías de flujo preferencial.Adaptada para su presentación de Ritsema (1998).

4.2.1. FLUJO DE DISTRIBUCIÓN

Es un flujo de agua que se presenta en el horizonte superficial del suelo, más orgánico que elresto del mismo. En ésta porción del suelo el agua entra humedeciéndola homogéneamente en uncomienzo; al poco tiempo, el agua empieza a concentrarse y a fluir, de manera horizontal, hacialas vías de flujo preferencial (Ritsema et al, 1993; Ritsema, 1998).

Rooij (2000) apunta que la porción del suelo que está sometida a este flujo, o “zona dedistribución”, es una delgada capa que debe ser humedecida antes de que los dedos se formen.



160

Ritsema y Dekker (1996b) también observaron, en suelos arenosos de dunas de Holanda, que lavelocidad de flujo de agua en los dedos era más alta que en el resto del suelo. Aplicaron KBr enuna parcela de 4 m x 31 m, en dosis de 8.47 g m-2; a los 11 días de haber aplicado el trazador ydespués de que habían caído 37 mm de lluvia, tomaron 20 núcleos de suelo y cada uno lodividieron en 12 muestras; al medir el contenido de Br - encontraron que los mayores picosestuvieron entre 9 y 65 cm de profundidad, aunque se detectó Br - hasta los 90 cm.

4.4. RECONOCIMIENTO DE LAS VÍAS DE FLUJO PREFERENCIAL

Las vías de flujo preferencial se presentan de varias maneras y no siempre son fáciles de detectar.

4.4.1. EN EL CAMPO

La detección de vías de flujo preferencial, en condiciones de campo, puede ser una tarearelativamente fácil en algunas circunstancias. Por ejemplo, cuando se está trabajando en unaépoca seca, la alternancia de cuerpos de suelo repelentes al agua con cuerpos humectables, puedeser apreciada por los cambios en la tonalidad de los colores, asociada a los cambios en elcontenido de humedad: las áreas más oscuras serán las más húmedas y, por lo tanto, son las queestán actuando como vías de flujo preferencial (ver Figuras 1.9a, 1.10 y 4.8).

FIGURA 4.8. Alternancia de cuerpos de suelo secos con húmedos en suelos arenosos repelentes al agua de dunas deHolanda: Las partes oscuras están húmedas y son las vías de flujo preferencial. Tomada de Ritsema(1998).

Hendrickx y Dekker (1991), Dekker y Ritsema (1994a) y Ritsema y Dekker (1994b) estudiaronvías de flujo preferencial en transectos hechos en dunas y playas de arena de Holanda y deAlemania. Observaron que en las arenas, aparentemente muy homogéneas, se presentaba una altavariabilidad espacial en el contenido de humedad a lo largo de los transectos y en las diferentes profundidades de muestreo. Encontraron que en las arenas se presentaban cuerpos de materialhúmedo, rodeados de otros de material más seco y que, cuando llegaba la época seca, las arenasque habían estado menos húmedas eran arrastradas por el viento, dejando las que estaban



161

húmedas formando “columnas”, “conos”, “hongos” y otras estructuras, como puede verse en laFigura 4.9.

FIGURA 4.9. Columnas de arena desarrolladas en las vías de flujo preferencial formadas en arenas de dunas deHolanda. Tomada de Ritsema y Dekker (1994b).

Otra forma de evidenciar las vías de flujo preferencial consiste en utilizar colorantes. Dekker yJungerius (1990) utilizaron esta técnica en suelos arenosos de Holanda así: después de unaguacero cavaron una trinchera y espolvorearon las caras de la misma con una mezcla seca de

“Rodamina B” al 1% en caolinita, hasta que quedaron completamente blancas. Al cabo dealgunos minutos, las áreas que estaban húmedas desarrollaron un color rojo intenso y las secasquedaron blancas: este resultado puede verse en la foto de la Figura 4.10.

FIGURA 4.10. Visualización de vías de flujo preferencial en campo mediante el uso de colorantes. Tomada deDekker (1998).



162

Wang et al (2002), después de analizar varios experimentos en los que se utilizaron trazadores ycolorantes (colorantes fluorescentes, ácidos aniónicos, “Azul Brillante FCF”, soluciones de I- yalmidón, como los más frecuentemente utilizados), encontraron algunos inconvenientes en suutilización y propusieron un nuevo método para hacer visibles las vías de flujo preferencial en elcampo.

Wang et al (2002) aplicaron una solución de carbonato de amonio [(NH4)2CO3], conconcentración entre 2 y 2.6%, al agua de infiltración en dos suelos de textura gruesa: aplicaron 12cm, a una tasa de 2.3 cm h-1; terminada la infiltración, excavaron huecos en las parcelas yasperjaron sus paredes con un indicador de pH compuesto por azul de timol al 1% y rojo cresol al1%, disueltos en metanol del 95% de pureza. Al cabo de 5 a 10 minutos de haber asperjado las paredes, las vías de flujo preferencial fueron visibles.

En la Figura 4.11 se presentan varios aspectos del experimento llevado a cabo por Wang et al(2002) en un suelo arenoso, al cabo de 64 horas de iniciado: En la fotoa, no se aprecia ningunavía preferencial de flujo, pues aún no se ha asperjado el indicador de pH. En lab, 5 minutosdespués de aplicado el indicador, las vías de flujo preferencial son evidentes: Se aprecian contonos morados; la fotoc corresponde a una imagen de la foto b, mejorada con realce porcomputador.

a b c

FIGURA 4.11. Visualización de vías de flujo preferencial con carbonato de amonio y un indicador de pH. Tomadasde Wang et al (2002).

4.4.2. CON INFORMACIÓN DE HUMEDAD Y/O DE REPELENCIA AL AGUA

Dekker y Ritsema (1994a, b, 1995, 1996), Ritsema y Dekker (1995), Ritsema et al (1993),Dekker (1998), Ritsema (1998) y Jaramillo (2003a), entre otros autores, han encontrado una altavariabilidad espacial en el contenido de humedad del suelo, en distancias muy cortas y adiferentes profundidades dentro del perfil del suelo. Dicha variabilidad ha estado relacionada conel grado de repelencia al agua que ha mostrado el suelo y ha servido para identificar vías de flujo

preferencial en él.En la Figura 4.12 se puede ver la variabilidad en el contenido de humedad gravimétrica de campoque encontró Jaramillo (2003a) en un transecto hecho en un Andisol que estaba bajo cobertura de Pinus patula, el cual fue sometido a un muestreo intensivo en 4 profundidades y a distancia entremuestras de 5 cm. Es notable la gran diferencia en humedad que se presenta entre puntos bastantecercanos entre sí, en las dos primera profundidades, situación que puede estar reflejando la



163

existencia de vías de flujo preferencial en aquellos puntos donde se presenta mayor contenidohídrico. En la Figura 4.13 se muestra el mapa de isolíneas de humedad de campo del mismotransecto en el que se aprecia la alternancia vertical de cuerpos de suelo con diferentes contenidosde humedad que pueden convertirse en vías de flujo preferencial en este suelo.

180

220

260

300

0 50 100 150 200Distancia horizontal (cm)

H u m e d a d g r a v i m é t r i c a

( % )

100150200250300


H u m e d a d

g r a v i m é t r i c a ( % )

a b

100125150175200


H u m e d a d


120

160

200


H u m e d a d


c d

FIGURA 4.12. Variabilidad espacial de la humedad de un Andisol repelente al agua de la cuenca de la quebradaPiedras Blancas, bajo cobertura de Pinus patula, en diferentes profundidades:a. En la superficiede la capa de litter.b. En la superficie del suelo mineral, en el contacto de éste con la parte inferiorde la capa de litter.c. A 10 cm por debajo de la anterior.d. A 10 cm por debajo de la anterior. Con base en datos de Jaramillo (2003a).

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180


-40

-20

0

P r o f n

i a d

( c m )

2.042.12.162.222.282.342.42.46

Log de H_c

FIGURA 4.13. Mapa de isolíneas de la distribución vertical de la humedad en un transecto de un Andisol de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajo cobertura de P . patula. Tomada de Jaramillo (2003a).



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Más elocuentes son los mapas de isolíneas que encontraron Ritsema y Dekker (1994a, b). Los patrones verticales de distribución de la humedad en los suelos arenosos de Holanda quetrabajaron (ver Figura 4.14), evidencian las vías más expeditas que tienen para generar un flujo preferencial hasta profundidades considerables dentro de ellos.

FIGURA 4.14. Mapas de isolíneas del contenido de humedad en dos suelos arenosos de Holanda. Tomados deRitsema y Dekker (1994a) el de la izquierda y de Ritsema y Dekker (1994b) el de la derecha.

Con información georreferenciada en tres coordenadas y utilizando programas de computadorcapaces de hacer interpolación tridimensional, se pueden visualizar las vías de flujo preferencialen bloques de tres dimensiones como el que se muestra en la Figura 3.17. Heijs et al (1996),Ritsema et al (1997) y Ritsema (1998) discuten ampliamente la utilización de esta técnica paravisualizar vías de flujo preferencial en suelos.



CAPÍTULO 5

CARACTERIZACIÓN DE ANDISOLES REPELENTES AL AGUA DE LA CUENCA DE LA

QUEBRADA PIEDRAS BLANCAS

5.1. RELACIÓN FERTILIDAD – REPELENCIA DEL SUELO AL AGUA ......................167 5.2. CARACTERIZACIÓN DE LOS ANDISOLES REPELENTES AL AGUA DE LACUENCA DE LA QUEBRADA PIEDRAS BLANCAS ........................................................168

5.2.1. TRABAJOS PREVIOS..............................................................................................168

5.2.2. NUEVOS TRABAJOS ..............................................................................................169



5.1. RELACIÓN FERTILIDAD – REPELENCIA DEL SUELO AL AGUA

Según lo que se conoce actualmente acerca del origen de la repelencia al agua, no hay ningunacausa que sea exclusiva de un tipo de suelo en particular. La causa fundamental de la repelenciaal agua es la acumulación de cierto tipo de materia orgánica en el suelo y la fuente de ellatampoco es exclusiva de algún suelo específico. Con respecto a las otras causas, cualquier suelo puede ser sometido a quemas o a incendios, así como a derrames de petróleo que lo contaminen.

Para dar una idea de la gran variedad de suelos en los que se puede generar repelencia al agua, enla Tabla 5.1 se presenta una lista de trabajos en los cuales se pudo identificar el tipo de suelo conel cual se trabajó y su grado de repelencia al agua. Como puede apreciarse, hay suelos desdeácidos, pasando por neutros, hasta alcalinos; con alta saturación de bases y desaturados; arenososhasta de texturas media y fina; superficiales y profundos; homogéneos en profundidad yfuertemente estratificados y, en fin, de baja a alta fertilidad.

TABLA 5.1. Algunos tipos de suelos con algún grado de repelencia al agua, reportados en la literatura.

Suelo* Localización Valores de repelencia** FuenteLithic Xerorthent España WD: 0 - > 3600 s Mataíx-Solera y Doerr (2004)Cambisol Portugal WD: 180 - 10800 s; %E: 5 - 13%Cambisol Inglaterra WD: 3600 s; %E: 18%Podsol Gales WD: > 10800 s; %E: 24%Anthrosol Gales WD: 1800 s; %E: 13%Arenosol Gales WD: 900 s; %E: 13%Arenosol Australia WD: 1800 s; %E: 18%Arenosol Holanda WD: > 10800 s; %E: 24%Arenosol Inglaterra WD: 300 s; %E: 13%

Doerr et al (2002b)

Aquic Natrixeralf Australia MED: 2.3 - 2.7 M Hodge y Michelsen (1991)Typic Psammaquent Holanda WD: 600 - > 3600 sMesic Plaggept Holanda WD: 600 - 10800 sTypic Fluvaquent Holanda WD: 5 - > 3600 sTypic Medihemist Holanda WD: 5 - > 3600 sTypic Haplaquod Holanda WD: < 5 - > 21600 s

Dekker (1998)

Andisol Colombia WD: < 5 - > 10800 s Jaramillo (1992)Typic Xerorthent U.S.A. WD: < 5 - > 180 s Hubbert y Oriol (2003)Aquic Udipsamment N. Zelanda WD: > 3600 s; MED: 2.7 MFluvaquentic Haplaquoll N. Zelanda MED: 2.3 M Wallis et al (1991)

Typic Eutrochrept India WD: 49 s Singh y Das (1992)Aquod Alemania WD: > 3600 s Bachmann et al (2000b)Typic Quartzipsamment U.S.A. WD: 32 - 47 sGrossarenic Paleudult U.S.A. WD: 453 s Jex et al (1985)

Umbric Leptosol Portugal WD: 3600 - > 18000 s; %E: 24 - 36%Humic Cambisol Portugal WD: 3600 - > 18000 s; %E: 24 - 36%Doerr y Thomas (2000)

* Algunos suelos están clasificados en categorías más bajas a las que se presentan en la tabla pero segeneralizan para que se aprecien más fácil las diferencias o similitudes entre ellos.** Medida de la repelencia potencial al agua en muestras de la superficie del suelo, por lo menos secas alaire. WD: WDPT; %E: Porcentaje de etanol.



168

5.2. CARACTERIZACIÓN DE LOS ANDISOLES REPELENTES AL AGUA DE LACUENCA DE LA QUEBRADA PIEDRAS BLANCAS

5.2.1. TRABAJOS PREVIOS

Jaramillo (1999) hizo un análisis de la fertilidad de los suelos que trabajó en la cuenca de laquebrada Piedras Blancas (Jaramillo, 1992) y concluyó que dichos suelos son de baja fertilidaddebido a que presentan una alta acidez, bajos contenidos de bases intercambiables y de fósforodisponible para las plantas, así como algunas relaciones entre nutrientes que muestrandesbalances nutricionales en ellos. Sin embargo, al comparar estos suelos con los Andisoleshumectables de la región (Jaramillo, 1995), observó que no habían diferencias apreciables entrelos dos grupos, aunque sin confirmar si esas diferencias eran estadísticamente significativas.

Castillo y Gómez (1995) hicieron un estudio muy detallado de una gran cantidad de propiedadesde Andisoles repelentes al agua de la quebrada Piedras Blancas, en el que llegaron a conclusionesmuy similares a las de Jaramillo (1999). Abril y Ortiz (1996) también realizaron un estudio en elmismo sitio y con la misma intensidad que el de Castillo y Gómez (1995), en una capa de sueloubicada por debajo de la que estudiaron éstos y obtuvieron resultados muy similares a los deellos.

En los trabajos de Castillo y Gómez (1995) y de Abril y Ortiz (1996) se evaluaron 15 propiedades químicas y 10 propiedades físicas de los suelos, los cuales fueron muestreados enuna cuadrícula regular de 100 m x 40 m, con celdas de 10 m x 10 m. Cada punto de muestreo fuegeorreferenciado con un sistema arbitrario de coordenadas planas (x, y) y con la altitud, estaúltima en metros sobre el nivel del mar (msnm).

En la Tabla 5.2 se presenta un resumen de las principales propiedades químicas de los suelos dela cuenca de la quebrada Piedras Blancas referenciados en los párrafos anteriores y de losAndisoles humectables del oriente antioqueño para compararlos.

En la Tabla 5.2 se aprecia que los valores menos limitantes en casi todas las propiedades se presentan en la columna de Jaramillo (1995), lo que podría deberse, al menos en buena parte, a ladiferencia de cobertura vegetal que hay entre los trabajos reportados: En el de Jaramillo (1995) lacobertura era de pastos, cultivos y rastrojos, mientras que en los otros tres trabajos era de Pinus patula.

Para complementar la información que se presentó en la Tabla 5.2, en la Tabla 5.3 se presentanlos valores promedios obtenidos para las propiedades físicas de los suelos estudiados. En estaúltima tabla se observa que los suelos repelentes al agua (Castillo y Gómez, 1995) presentan una

menor densidad aparente y mayores límites líquido y plástico y contenido de humedad acapacidad de campo que los no repelentes (Abril y Ortiz, 1996), lo que puede deberse al mayorcontenido de materia orgánica encontrado en los primeros. El menor contenido de humedad delsuelo repelente en su condición de seco al aire (coeficiente higroscópico) y el mayor porcentajede contracción que presenta, pueden relacionarse con diferencias en la calidad de la fracciónórgano-mineral acumulada en ellos, la que puede deducirse de las diferencias que se dieron entrelos contenidos de aluminio, el pH y la CIC de los mismos.



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TABLA 5.2. Principales propiedades (promedios) de Andisoles repelentes al agua (Castillo y Gómez, 1995;Jaramillo, 1999) y no repelentes (Abril y Ortiz, 1996) de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, bajo cobertura de Pinus patula y de Andisoles humectables del oriente antioqueño (Jaramillo, 1995).

Propiedad Jaramillo(1999)

Castillo yGómez (1995)

Abril y Ortiz(1996)

Jaramillo(1995)

n 76 82 82 40Materia orgánica (%) 35.08 38.16 28.68 21.89 pH en agua 4.62 4.01 4.33 4.9Al (cmol (+) kg-1 de suelo) 5.97 12.18 9.1 1.92Ca (cmol (+) kg-1 de suelo) 0.70 0.2 (81)* 0.08 (80) 1.19Mg (cmol (+) kg-1 de suelo) 0.32 0.17 (81) 0.12 (80) 0.43K (cmol (+) kg-1 de suelo) 0.20 0.2 0.14 0.23 Na (cmol (+) kg-1 de suelo) 0.52 0.19 0.07 (79) 0.33 (30)CIC a pH 7 (cmol (+) kg-1 de suelo) 55.42 39.51 80.19 61.69 (37)P (ppm) 5 4.51 (72) 3.68 (79) 3

Fe (ppm) 668 1138 952 nd**Mn (ppm) 5.3 1.57 (80) 1 (78) ndCu (ppm) 1.7 0.63 1.2 (79) ndZn (ppm) 2.2 1.95 (77) 1 (68) ndB (ppm) 1.3 0.26 (81) 0.2 (80) nd* Entre paréntesis, cantidad de muestras utilizadas para el promedio.** Dato no disponible.

TABLA 5.3. Valores promedios de algunas propiedades físicas de Andisoles repelentes al agua (Castillo y Gómez,1995) y humectables (Abril y Ortiz, 1996) de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas bajocobertura de Pinus patula.

Variable Castillo y Gómez (1995) Abril y Ortiz (1996)

Espesor de la Capa de Acículas (cm) 17.23 -Espesor del Horizonte Hidrofóbico (cm) 7.16 -Espesor del horizonte A (cm) - 24.9Densidad aparente (Mg m-3) 0.23 0.31Coeficiente higroscópico (%) 18.18 19.74Humedad a capacidad de campo (%) 152.03 137.95Límite líquido (%) 189.77 177.6Límite plástico (%) 161.82 147.4Porcentaje de contracción volumétrica (%) 44 34.67

5.2.2. NUEVOS TRABAJOS

5.2.2.1. Comparación de muestras

Como las muestras de los trabajos de Castillo y Gómez (1995)1 y de Abril y Ortiz (1996)1 estánrelacionadas verticalmente: Una fue tomada debajo de la otra en el mismo punto de muestreo, sehizo un análisis de comparación entre ellas con el fin de establecer si se presentaban diferencias

1 Bases de datos cedidas, para este trabajo, por los autores citados.



170

estadísticamente significativas entre las variables estudiadas. El muestreo se hizo de tal maneraque las muestras subsuperficiales (las de Abril y Ortiz) no presentaran repelencia al agua.

Las propiedades evaluadas en cada trabajo (Castillo y Gómez, 1995 y Abril y Ortiz, 1996), conlos métodos que se mencionan y que se encuentran descritos en Motta et al (1990), fueron:

Químicas: pH en agua 1:1 volumétrico (pHa); pH en NaF 1:50 (pHn); contenido demateria orgánica en % mediante combustión húmeda (MO); contenido de aluminiointercambiable extraído con KCl 1N (Al); contenidos de calcio (Ca), magnesio (Mg), potasio (K) y sodio (Na), extraídos con acetato de amonio normal y neutro; capacidad deintercambio catiónico a pH 7 con acetato de amonio normal (CIC); contenido de fósforodisponible por Bray II (P); contenidos de hierro (Fe), manganeso (Mn), cinc (Zn) y cobre(Cu) por Olsen modificado y contenido de boro (B) extraído con agua caliente. Lasunidades para Al, Ca, Mg, K, Na y CIC son [cmol (+) kg-1 de suelo] y las de Fe, Mn, Zn,Cu y B son [ppm].

Físicas: En campo se determinaron el value (V) y el chroma (C) del color. El espesor dela capa de acículas acumulada sobre el suelo y el espesor del horizonte repelente al agua,en el suelo hidrofóbico (ECA y EHH, respectivamente, en cm) y el espesor del horizonteA (EHA, en cm) en el suelo no hidrofóbico. En el laboratorio se llevaron a cabo lassiguientes determinaciones: Densidad aparente con el cilindro biselado (Da, en Mg m-3);coeficiente higroscópico (CH) y contenido de humedad a 0.3 atm (CC), ambosgravimétricos en %; límite líquido (LL) con la cazuela de Casagrande y límite plástico(LP) con el rollo y el porcentaje de contracción volumétrico (PC).

5.2.2.1.1. Depuración de las bases de datos

Para llevar a cabo los análisis que vienen a continuación, se hizo un estudio de la base de datosque pretendió detectar inconsistencias en la información, valores anómalos, valores perdidos ocualquier otra irregularidad en los datos. Una vez depurada la base de datos se procedió a estudiarla distribución de los valores de las variables con el fin de detectar aquellas que eranmultimodales o discretas, las cuales no fueron tenidas en cuenta para los análisis estadísticos planteados.

Al hacer el análisis de las distribuciones se encontró que las variables P, Mn, Zn, Cu, V y Cfueron discretas y, como se dijo antes, no se tienen en cuenta para los análisis posteriores.

5.2.2.1.2. Comparación de muestras

Con las variables que no fueron discretas se hizo un análisis de comparación de muestras pareadas. Cuando las dos muestras que se comparaban tenían distribución normal, se hizo una prueba de “t” para compararlas, en otro caso, la comparación se hizo con las medianas de rangos.Sólo se hizo la prueba de “t” para las variables pHa y LP; en el resto se hizo la comparación demedianas.



171

De las comparaciones anteriores se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas, al 95%, entre casi todas las variables: pHa, pHn, MO, Al, Ca, Mg, K, Na, CIC, Fe, Da, CH, LL, LP yPC (para los valores, ver Tablas 5.2 y 5.3). No se presentaron diferencias significativasúnicamente entre las variables B y CC. Como puede apreciarse, de estos resultados se deduce quehay, aparentemente, un efecto muy marcado de la repelencia al agua sobre la calidad físico-química del suelo. Las diferencias obtenidas pueden estar relacionadas con la calidad de lamateria orgánica que se está acumulando en cada una de las porciones del suelo estudiadas y, enel caso de las bases, con la menor lixiviación que debe presentarse de ellas en los suelosrepelentes al agua.

5.2.2.1.3. Análisis de tendencias

Para confirmar que no se presentaba efecto de la posición geográfica de las muestras sobre elvalor que tomaban las propiedades analizadas, se llevó a cabo un análisis de regresión linealmúltiple entre cada una de las variables con las coordenadas y la altitud de los puntos en que setomaron las muestras para evaluarlas, con un modelo del estilo:

Variable = a + bx + cy + dz + exy + fxz + gyz + hxyz [ 5.1 ]

Donde x y y son las coordenadas planas, z es la altitud ya, b, c, d , e, f , g y h son coeficientes.

A medida que se iba desarrollando el modelo, las variables independientes menos significativasse iban retirando del mismo, una a la vez, hasta que se encontraba un modelo en el que todas eransignificativas. Luego de encontrado el modelo, se hizo una comprobación de los supuestos denormalidad, igualdad de varianza y ausencia de autocorrelación, con los residuales. Cuando no secumplió alguno de los supuestos, se hicieron transformaciones de los datos. Si no se cumplía lanormalidad en la distribución de los residuales pero ella era simétrica, se trabajaba el modelo sinhacer transformaciones.

Al llevar a cabo estos análisis se tuvieron varios grupos de variables:

En suelos repelentes al agua:Variables que presentaron alguna tendencia y cuyos residuales cumplieron todos lossupuestos: pHn, MO, Al, EHH, CC, PC.Variables que no presentaron ninguna tendencia: Ca, Mg, K, CIC, Da, LL, LP.Variables que debieron ser transformadas y que así presentaron alguna tendencia: Fe,ECA.Variables que con ninguna transformación normalizaron su distribución pero quefueron simétricas y presentaron alguna tendencia: Na, CH.

En suelos humectables:Variables que presentaron alguna tendencia y cuyos residuales cumplieron todos lossupuestos: pHa, CIC, LL.Variables que no presentaron ninguna tendencia: MO, Mg, K, Na, EHA, Da, CC, LP,PC.



172

Variables que con ninguna transformación normalizaron su distribución pero quefueron simétricas y presentaron alguna tendencia: Al, CH.

Las variables que no aparecen en la lista dejaron de cumplir algunos supuestos, diferentesa la normalidad, aún después de hacerles varias transformaciones y, por tanto, no fueronsometidas a este análisis.

En términos generales, en las variables que mostraron alguna tendencia, los modelos obtenidostuvieron bajos coeficientes de determinación (R 2). En la Tabla 5.4 se resume la información másimportante acerca de las tendencias obtenidas.

TABLA 5.4. Información básica acerca de las tendencias geográficas, significativas estadísticamente al 95%,encontradas en algunas variables físico-químicas de Andisoles repelentes y no repelentes al agua dela cuenca de la quebrada Piedras Blancas bajo cobertura de Pinus patula.

Variable dependiente Variables independientes con las que se

relaciona*R 2 del modelo (%)

En suelos repelentes al agua pHn x, y, z, xy, xz 43.39MO x, z 14.36Al x, y, z, xy 35.39 Na y 6.14Log Fe z 33.87(ECA)1/2 x, y, z, xy, xz 16.41EHH x 7.42CH z 8.2CC x, z 16.8PC x, z, xz 22

En suelos no repelentes al agua

pHa x, z 14.04Al z 5.56CIC x, y, z, xy, yz 13.94CH y 5.69LL x, y, z, xy, yz 13.73

* x , y son coordenadas planas arbitrarias y z es la altitud.

Como puede verse en la tabla anterior, hay variables en las que el modelo de regresiónencontrado tiene una capacidad explicativa tan baja que, a pesar de haber sido significativoestadísticamente, puede considerarse la tendencia como inexistente.

También llama la atención en la Tabla 5.4 el hecho de que, en la mayoría de los casos, el modelode regresión incluye la coordenada x , la cual coincide con la dirección norte-sur de la cuadrículay en muy pocos está incluida la coordenada y, es decir, la dirección este-oeste. Elcomportamiento anterior podría estar indicando un comportamiento anisotrópico de la variablemedida o de algún factor que la controla.



173

5.2.2.1.4. Análisis de variabilidad espacial

Habiéndose detectado tendencias geográficas en el valor de algunas de las variables estudiadas,queda por resolver si, además de la orientación, hay algún efecto del espaciamiento entre lasmuestras sobre dichos valores. Para establecer esto se llevó a cabo un análisis de variabilidadespacial.

La variabilidad espacial se trabajó mediante un análisis de semivariografía, cuyo productofundamental es elsemivariograma, el cual es una gráfica que representa los valores de lasemivarianza que adquiere la variable en relación con la distancia y la dirección que hay entrelas muestras tomadas para evaluarla, como se aprecia en la Figura 5.1 (Jaramillo, 2003b).

FIGURA 5.1. Ejemplo hipotético de un semivariograma con sus componentes.

La semivarianza se estima mediante la siguiente relación:

2)()(

21)( h Z Z n

h x x [ 5.2 ]

Donde: (h): Semivarianza.

n: Número de pares de observaciones comparadas en cada distancia.Z (x): Valor de la variable en el sitio x.Z (x + h): Valor de la variable en un sitio ubicado a una distancia h del sitio x.(x) y (h) son vectores, es decir, interesa su dirección, además de su magnitud.



174

Para el análisis de semivarianza, el grupo de datos debe tener unadistribución normal yestacionaridad, es decir, que para todas las distancias la varianza de las diferencias de valores enlas dos posiciones definidas sea finita e independiente de la posición (Trangmar et al, 1985).

Yost et al (1982a, b) y Burrough (1993) han encontrado que la no estacionaridad en los datos noafecta apreciablemente el análisis de semivarianza. Robertson y Gross (1994) también reconocenlo anterior y adicionan que la semivarianza es más sensible a lasdistribuciones asimétricas delos datos y a lastendencias que a la no-estacionaridad. Brejda et al (2000) encontraron que latransformación de los datos originales no producía una distribución normal pero sí que reducía lavariabilidad de los mismos y, sobre todo, que reducía la asimetría en ellos, mejorando el análisisde variabilidad espacial.

Burrough (1992) define dos grandes grupos de semivariogramas:

Transicionales: Aquellos en los cuales la semivarianza aumenta al ir aumentando elespaciamiento entre muestras, hasta un cierto valor de distancia, a partir del cual lasemivarianza se estabiliza.No transicionales: Aquellos en los cuales la semivarianza crece monótonamente al iraumentando la distancia de muestreo, sin estabilizar su valor dentro de la mayor distanciade espaciamiento entre muestras analizadas.

Cuando se tiene el gráfico de la distribución de puntos de semivarianza contra distancia, estadistribución se ajusta a un modelo teórico. Los modelos teóricos de semivariogramas que másfrecuentemente se usan en suelos son: Esférico, Exponencial, Gausiano y Lineal con sill, en lostransicionales y, el Lineal en los no transicionales.

En los semivariogramas transicionales (ver Figura 5.1), la distancia a la cual se estabiliza lasemivarianza, llamadarango (a), define la distancia hasta la cual hay dependencia espacial en lasmuestras: Muestras tomadas a una distancia mayor que el rango son independientes. En lossemivariogramas no transicionales no puede definirse un rango ya que éste, si existe, está porfuera de la máxima longitud utilizada para el análisis.

El sill (C) es el valor de la semivarianza al cual el modelo se estabiliza; está compuesto por lasuma de lasemivarianza estructural (C1) y la semivarianza aleatoria onugget (C0); adquiere unvalor muy cercano al valor de la varianza total de la variable, cuando se cumple la estacionaridaden los datos.

El nugget puede expresarse como porcentaje de la semivarianza total (del sill), con lo cual setiene una idea de la magnitud que tiene la variabilidad aleatoria en la variabilidad de la propiedad

analizada. Cambardella et al (1994) establecieron 3 categorías para agrupar la importancia de lavariabilidad espacial de las variables, de acuerdo con dichos porcentajes, así:

Fuerte dependencia espacial: nugget (C0) < 25%. Moderada dependencia espacial: nugget (C0) entre 25 y 75%. Débil dependencia espacial: nugget (C0) > 75%.



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Otro aspecto fundamental de la semivariografía es la definición del tipo de dependencia espacialque presenta la variable que se analiza. Cuando la variabilidad espacial de la variable dependeúnicamente de la distancia de separación entre muestras, el semivariograma que se obtiene esisotrópico. Cuando la variabilidad depende, además del espaciamiento, de la dirección en que sehace el muestreo, el semivariograma esanisotrópico. La anisotropía está mostrando que los procesos o factores que controlan la variabilidad de determinada propiedad, ejercen dicho controlde manera diferencial, de acuerdo con ciertas direcciones.

Teniendo en cuenta lo que se ha expuesto anteriormente, el análisis de semivariografía se hizocon las muestras que presentaron distribución normal o, por lo menos, que fueron simétricas.Además, en aquellas variables que presentaron tendencia, el análisis geoestadístico se hizo conlos residuales de dicha tendencia y, cuando las muestras originalmente no presentarondistribución normal fueron sometidas a algunas transformaciones y si se normalizaba ladistribución, o por lo menos se simetrizaba, se trabajó con las variables transformadas. Aquellasvariables que no se normalizaron ni simetrizaron con las transformaciones, no se tuvieron encuenta para este análisis.

En las Tablas 5.5 y 5.6 se resumen los resultados obtenidos en los análisis de variabilidadespacial con las variables que lo permitieron. Al comparar los resultados obtenidos en las dostablas mencionadas se observa que en el comportamiento espacial también se presentandiferencias importantes entre los dos tipos de suelos estudiados: Hay una mayor cantidad devariables que tienen variabilidad espacial en los suelos repelentes al agua que en los humectables.

TABLA 5.5. Resultados de los análisis de variabilidad espacial con las muestras de Andisoles repelentes al agua dela cuenca de la quebrada Piedras Blancas bajo cobertura de Pinus patula. Con base en datos de Castilloy Gómez (1995) (Intervalo lag = 7 m; Lag activo = 76 m; Pares para el primer lag = 96).

Variable* Modelo Nugget Sill Rango (m) R 2

(%) C0/Sill (%)Res pHn Exponencial 0.48 1.916 13.2 46 25Res MO Exponencial 33.5 115.6 10.2 31 29Res Al Exponencial 4.7 16.76 12.3 56 28Ca Esférico 0.001 0.007 11.1 38 14Log K Exponencial 0.005 0.025 6.3 9 20Res Na Esférico 0.002 0.013 7.9 25 20Res log Fe Exponencial 0.027 0.071 22.2 53 37Res sqrt ECA Esférico 0.148 0.71 7.7 36 21Res EHH Esférico 1.65 7.815 6.5 17 21Log Da Esférico 0.003 0.018 6.2 8 16Res CH Lineal-sill 1 37.99 10.7 78 3Res CC Exponencial 507 2042 9.9 20 25LL Lineal 1845.47 2273.66 - 48 81LP Lineal 1700 2128 - 43 80Res PC Exponencial 18.1 95.4 12.6 29 19* Res: Residuales de la tendencia. Log: Variable transformada a logaritmo. sqrt: Variable transformada a

raíz cuadrada.



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TABLA 5.6. Resultados de los análisis de variabilidad espacial con las muestras de Andisoles no repelentes al aguade la cuenca de la quebrada Piedras Blancas bajo cobertura de Pinus patula. Con base en datos deAbril y Ortiz (1996) (Intervalo lag = 7 m; Lag activo = 76 m; Pares para el primer lag = 96).

Variable* Modelo Nugget Sill Rango (m) R 2 (%) C0/Sill (%)Res pHa Nugget puro 0.201 0.201 - 36 0MO Esférico 16 89 9 42 18Res Al Nugget puro 22.075 22.075 - 14 0K Exponencial 0.001 0.003 12.6 37 22Log Na Exponencial 0.038 0.141 7.8 24 27Res CIC Nugget puro 337.504 337.504 - 23 0EHA Esférico 25.3 125.5 9.7 58 20Log Da Nugget puro 0.071 0.071 - 36 0Res CH Nugget puro 40.245 40.245 - 26 0CC Esférico 228 1111 5.8 6 22Res LL Nugget puro 1338.675 1338.675 - 13 0

LP Nugget puro 1229.015 1229.015 - 5 0Res PC Lineal 98.408 103.251 - 4 95* Res: Residuales de la tendencia. Log: Variable transformada a logaritmo.

La mayor variabilidad espacial observada en los suelos repelentes al agua puede aceptarse comonormal ya que, como sostiene Ovalles (1992), aquellas propiedades del suelo que más se afectan por el manejo, son las que presentan mayor variabilidad y, en este caso, las muestras repelentes alagua son las que se encuentran en la superficie del suelo mineral, estando más expuestas a losaportes de materiales que haga el litter en su proceso de transformación.

Hay, además, otras características que vale la pena destacar acerca de la variabilidad espacialencontrada: Primero, que la variabilidad es de rango corto. Segundo, que el aporte de la

variabilidad aleatoria (nugget) a la variabilidad total es bajo. Tercero, que los coeficientes dedeterminación (R 2) son bajos. Todas estas propiedades de la variabilidad espacial implican quelas variables estudiadas son difíciles de caracterizar debido a que para hacerlo:

Se requiere un elevado número de muestras, lo que implica costos altos.Se requiere un muestreo sistemático intenso que sea capaz de abarcar toda la variabilidadespacial, lo que exige mucho tiempo de trabajo de campo.

Aparte de las dificultades para caracterizarlas, las propiedades analizadas van a presentar grandesdificultades para su manejo en el campo, cuando se trate de hacer un uso intensivo de los suelosen explotaciones agropecuarias y va a ser difícil relacionarlas con la producción de las mismas.

A manera de ejemplos, en las Figuras 5.2 y 5.3 se muestran los semivariogramas que presentaronmejores coeficientes de determinación al ajustarles el modelo teórico. En la Figura 5.2.a seobserva un modelo exponencial y en la 5.2.b uno lineal con sill. En la Figura 5.3.a el modelocorresponde a uno esférico y el de la 5.3.b a un nugget puro. Obsérvese que los modelos seestabilizan casi a la altura de la línea punteada en las gráficas, que muestra el nivel de la varianzageneral de la variable, lo que indica que el supuesto de estacionaridad se cumple y le daconfianza a los resultados obtenidos en el análisis de semivarianza.



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a. b.

FIGURA 5.2. Semivariogramas de los residuales del Al (a) y de los residuales del CH (b) de Andisoles repelentes

al agua de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas bajo una plantación de Pinus patula. Elaboradoscon base en los resultados de la Tabla 5.5.

a. b.

FIGURA 5.3. Semivariogramas de los residuales del pHa (a) y de la MO (b) de Andisoles no repelentes al agua dela cuenca de la quebrada Piedras Blancas bajo una plantación de Pinus patula. Elaborados con baseen los resultados de la Tabla 5.6.

5.2.2.2. Con diversas coberturas vegetales

En desarrollo de un trabajo de tesis de maestría, Hoyos (2003)1 tomó 116 muestrasgeorreferenciadas del horizonte superficial de Andisoles bajo coberturas de ciprés, pinos y roble.

La ubicación de las muestras y la identificación de la cobertura vegetal correspondiente se presentan en la Figura 5.4. Las muestras fueron sometidas a análisis de laboratorio y se lesdeterminaron: Espesor del litter en cm (EL); pH en agua (pHa); contenido de materia orgánica

1 Hoyos, C. 2003. Evaluación de la regeneración de especies del bosque natural bajo dosel de coníferas y en bosquesecundario en la cuenca de la quebrada Piedras blancas. Tesis Maestría en Bosques y Conservación Ambiental.Facultad de Ciencias Agropecuarias. Universidad Nacional de Colombia. Medellín.



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por combustión húmeda, en % (MO); contenido de fósforo disponible por Bray II, en ppm (P) ycontenidos de Al, Ca, Mg y K intercambiables, en cmol (+) kg-1 de suelo, extraídos con KCl 1N,el Al y con acetato de amonio normal y neutro las bases. El autor citado autorizó la utilización delas muestras de los suelos y de los resultados de los análisis que se hicieron, con el fin de hacer laevaluación de la repelencia potencial al agua de ellos y llevar a cabo una caracterización generalde los mismos, teniendo en cuenta su hidrofobicidad y la cobertura vegetal de la cual provenían.

m Longitud E

m L a t i t u d N

Cobertura VegetaCiprésP. elliottiiP. patulaRoble

839000 842000 8450001.18E6

1.183E6

1.186E6

1.189E6

FIGURA 5.4. Localización de las 116 muestras tomadas por Hoyos (2003) bajo diferentes coberturas vegetales enla cuenca de la quebrada Piedras Blancas.

La base de datos obtenida fue depurada y luego las variables fueron sometidas a análisisunivariados generales y por grupos de clase de cobertura vegetal. También se hizo un análisis detendencia geográfica general para todas las muestras. Los resultados obtenidos se exponen acontinuación.

5.2.2.2.1. Análisis univariados generales

Como resultado de la depuración de la base de datos, se encontró que el contenido de fósforo (P)fue una variable discreta y, por lo tanto, no se tuvo en cuenta para los análisis estadísticos

posteriores. Además, al hacer la prueba de normalidad a las demás variables, con el estadístico deShapiro-Wilk, sólo la variable pHa mostró una distribución normal, posiblemente porque ella yaes una transformación logarítmica; en todas las otras variables la distribución no correspondiócon una distribución normal. Los resultados del análisis univariado general se presentan en laTabla 5.7.



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TABLA 5.7. Principales estadísticos* de algunas propiedades químicas del horizonte superficial de Andisoles de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas, provenientes de diversas coberturas vegetales y con diferentesgrados de repelencia al agua.

Variable n Media D. E. Máximo Mínimo Asimetría C. V. (%) pHa 115 4.7 0.25 5.6 4 0.17 5.33MO 115 27.23 10.22 52.5 2.2 -1.63 37.52Al 116 4.73 2.3 12.5 0 2.98 48.8Ca 107 0.13 0.07 0.4 0.1 12.9 57.09Mg 108 0.15 0.09 0.5 0.1 9.17 58.33K 116 0.15 0.06 0.37 0.05 4.53 37.38Espesor litter 115 10.45 4.7 28 3.3 5.18 44.95* n: Número de muestras. D. E.: Desviación estándar. C. V.: Coeficiente de variación.

En la tabla anterior se aprecia que se trata de suelos fuertemente ácidos, con alto contenido demateria orgánica, bajos en bases y con alto contenido de aluminio intercambiable; lo anterior loscaracteriza como suelos con un nivel de fertilidad de bajo a muy bajo. En todas las variables,exceptuando el pHa, se presenta fuerte asimetría y alto coeficiente de variación, lo que concuerdacon los resultados obtenidos en los trabajos de Jaramillo (1995), Castillo y Gómez (1995), Abrily Ortiz (1996) y Jaramillo (1999).

5.2.2.2.2. Efecto de las coberturas

Como se tenían muestras provenientes de 4 coberturas vegetales diferentes, se quiso estudiar elefecto que dichas coberturas pudieran tener sobre el comportamiento de las propiedadesevaluadas. Para tal efecto se agruparon las muestras por cobertura y se hicieron dos análisis conellas: Uno, el univariado y, dos, una comparación de medianas, mediante la prueba de Kruskal-Wallis. Los resultados del análisis univariado se presentan en la Tabla 5.8.

En la Tabla 5.8 se aprecia que las propiedades evaluadas siguen teniendo una alta variabilidad, alcompararlas con la Tabla 5.7, a pesar de hacer un fraccionamiento de las muestras para formargrupos homogéneos en un factor de variación tan importante como es la cobertura vegetal. Encasi todas las propiedades hay por lo menos un grupo de cobertura que tiene un coeficiente devariación muy cercano o mayor al valor del coeficiente de variación general que ellas presentanen la Tabla 5.7. Igual situación se presenta si se comparan los rangos entre las dos tablas.

Con respecto a la comparación hecha entre coberturas, no se encontró diferencia estadísticamentesignificativa entre ellas para las propiedades pHa y MO; en las otras propiedades sí se presentaron diferencias significativas, como puede apreciarse en la Tabla 5.9. Es de anotarse queentre los suelos de las dos especies de pinos estudiadas no se presentó diferencia significativa enninguna de las propiedades evaluadas, lo que indica la similitud que hay entre dichas coberturas yen sus relaciones con los suelos que las soportan. También llama la atención el hecho de que lossuelos bajo cobertura de roble no tengan una identidad que los diferencie, de manera neta, de lasotras coberturas, pues en algunas propiedades se “asocian” con el ciprés y en otras con los pinos.Obsérvese que el roble es la cobertura que mayor valor posee en todas las bases del suelo



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TABLA 5.8. Principales estadísticos de algunas propiedades químicas del horizonte superficial de Andisoles de lacuenca de la quebrada Piedras Blancas, por grupos de cobertura vegetal.

Propiedad Cobertura n Media Mediana Rango C.V. (%)*Ciprés 37 4.74 4.8 0.8 3.96 P. elliottii 20 4.66 4.65 1.3 6.74 P. patula 39 4.66 4.6 1.2 5.44 pHa

Roble 19 4.69 4.8 1 5.92Ciprés 38 28.78 30.85 40.6 31.51 P. elliottii 20 29.17 30.1 25.5 22.71 P. patula 39 27.38 28.6 50.3 41.6MORoble 19 21.79 21.7 43.5 53.74Ciprés 38 3.37 3.05 7.9 42.01 P. elliottii 20 5.75 5.5 9.5 36.6 P. patula 39 5.45 5.1 10.8 48.46AlRoble 19 4.89 5.2 7.2 42.32

Ciprés 37 0.11 0.1 0.1 30.53 P. elliottii 17 0.11 0.1 0.1 22.91 P. patula 38 0.11 0.1 0.3 46.72CaRoble 15 0.21 0.1 0.3 67.11Ciprés 37 0.14 0.1 0.2 48.09 P. elliottii 20 0.16 0.1 0.4 73.93 P. patula 38 0.12 0.1 0.1 31.91MgRoble 13 0.24 0.2 0.4 50.03Ciprés 38 0.17 0.16 0.24 29.22 P. elliottii 20 0.12 0.13 0.1 24.26 P. patula 39 0.12 0.12 0.14 31.7K Roble 19 0.21 0.2 0.27 29.15Ciprés 38 7.94 7.3 10.2 31.74

P. elliottii 20 11.89 10.2 24 45.51 P. patula 39 13.04 12 20.3 38.25Espesor litterRoble 18 8.57 8.2 11 37.31

* n: Número de muestras. C. V.: Coeficiente de variación.

TABLA 5.9. Análisis de Kruskal-Wallis para la comparación de algunas propiedades del horizonte superficial deAndisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, por cobertura vegetal.

Propiedad Valor de p Expresión de la comparación*Al 0.0000141076 Ciprés < {Roble = P. patula = P. elliottii }Ca 0.00594902 { P. elliottii = P. patula = Ciprés} < RobleMg 0.000224183 { P. patula = P. elliottii = Ciprés} < RobleK 1.89 E-9 { P. patula = P. elliottii } < Ciprés < RobleEspesor litter 0.0000031649 {Ciprés = Roble} < { P. patula = P. elliottii }* Las coberturas entre llaves no presentan diferencia significativa entre ellas. Las coberturas están

ordenadas de menor a mayor valor de mediana.



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alguna de las clases de repelencia al agua definidas. Es de resaltar que en ninguna de las clases derepelencia, el tipo de cobertura vegetal tuvo un efecto estadísticamente significativo.

FIGURA 5.5. Gráficas de regresión logística entre el grado de repelencia potencial al agua, con muestras secadas a35 °C, y el contenido de materia orgánica de Andisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, para las clases de repelencia 0, 1 y 4.

Con los grupos de muestras conformados por clase de repelencia al agua, también se hizo unanálisis de comparación de medianas de las propiedades evaluadas para el secado a 35 y a 105 °Cy los resultados del mismo se presentan en la Tabla 5.11. El agrupamiento de las muestras porclase de repelencia al agua es diferente, dependiendo de la temperatura de secado (ver Figura 3.4)y esta diferencia se manifiesta, tanto en el tipo de propiedades que se correlacionan con larepelencia al agua (ver Tabla 5.10), como en las diferencias que se presentan en dichas propiedades entre las diversas clases de hidrofobicidad.



SÍNTESIS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Para que el agua moje cualquier material sólido se requiere que el ángulo de contacto que seforma en el punto de unión de las tres fases, entre la interfase sólido-agua y la interfase aire-agua,sea menor a 90°. Si al colocar una gota de agua sobre la superficie de un sólido ese ángulo es

mayor a los 90°, el agua tiende a recogerse sobre sí formando bolas casi esféricas, no se extiendesobre la superficie del sólido y, por lo tanto, no lo moja: este es un material hidrofóbico orepelente al agua.

Los suelos son susceptibles de volverse repelentes al agua, es decir, a generar superficies queinducen ángulos de contacto con el agua mayores a 90°. Sin embargo, en estos materiales larepelencia al agua, generalmente, no es permanente: el ángulo de contacto va disminuyendo conel tiempo hasta que alcanza valores menores a 90° y el agua lo puede humedecer. Estecomportamiento hace que se diferencien dos conceptos alrededor de la repelencia al agua en elsuelo: Laseveridad, que es el grado de resistencia natural que opone el suelo al humedecimientoy se mide durante un corto periodo de tiempo, y lapersistencia, que es el tiempo necesario paraque el ángulo de contacto adquiera un valor de 90° o menor, de manera que el agua pueda

penetrar en él.La repelencia al agua en los suelos se debe a la acumulación de algunos compuestos orgánicoshidrofóbicos en él. El origen de estos compuestos es, primordialmente, vegetal, aunque tambiénlos hay provenientes de microorganismos y de petróleo. En el caso de que se trate de un origen biológico, los compuestos hidrofóbicos pueden ser generados por los organismos vivos o por los procesos de la descomposición de sus residuos, cuando mueren. Los compuestos responsables dela hidrofobicidad en el suelo son moléculasanfifílicas, es decir, moléculas polares que tienen enuno de sus extremos grupos con algún tipo de carga, por lo que son hidrofílicas allí, y por el otroextremo, no tienen carga y son hidrofóbicas en él. Predominantemente son ácidos orgánicos decadena larga y, en general, lípidos.

La repelencia al agua en el suelo no es una propiedad permanente en él. Hay algunos agentes quefavorecen su manifestación como la humedad: en épocas secas el suelo puede mostrarse repelenteal agua pero, después de que trascurra un tiempo con lluvias, puede desaparecer dicha repelencia.La temperatura es otro factor que afecta la repelencia al agua en el suelo: a medida que seaumenta la temperatura, con la misma condición de humedad, mayor es la deshidratación de loscompuestos orgánicos responsables de la hidrofobicidad y esto genera un reordenamiento de ellossobre las superficies de los sólidos a los que están unidos, llevándolos a exponer su extremo



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hidrofóbico y transmitiéndole este carácter al suelo. Las quemas y los incendios pueden tener undoble efecto, según su tipo: o pueden generar y movilizar compuestos hidrofóbicos en el interiordel suelo, o pueden, si son de temperaturas extremas, descomponer completamente loscompuestos hidrofóbicos presentes en el suelo y eliminar de él la repelencia al agua.

Para que en el suelo se manifieste la repelencia al agua, se debe presentar un recubrimiento de las partículas o de los agregados minerales, así sea parcial, con los compuestos orgánicos portadoresde la hidrofobicidad. Para que el suelo se manifieste como repelente al agua se requiere muy pocacantidad de materia orgánica actuando en él y es más determinante su calidad (tipo) que lacantidad. El fenómeno de la repelencia al agua es un fenómeno de superficie específica y poresto, los suelos más susceptibles a presentarlo son aquellos de textura gruesa, aunque no esexclusiva de ellos.

La repelencia al agua en los suelos, generalmente no se manifiesta como una propiedad continuaen el espacio sino que afecta el suelo de manera localizada, formando parches repelentes quealternan con parches de suelo completamente humectable. Además, es una propiedad fuertementevariable, tanto aleatoria como espacial y temporalmente. Estas características hacen difícil sudetección y estudio en el campo, así como su manejo.

La repelencia al agua en los suelos genera en ellos algunos efectos importantes como: reduce lavelocidad de infiltración del agua; aumenta la escorrentía; aumenta la susceptibilidad a la erosión,tanto hídrica como eólica; aumenta la estabilidad de los microagregados, aunque hay un deteriorogeneralizado en la estructura global del suelo; reduce la variedad de los microorganismos en elsuelo; se disminuye la capacidad de almacenamiento de agua; el humedecimiento del suelo esdesuniforme, con el consecuente perjuicio para las plantas; reduce las pérdidas de agua porevaporación a partir de la superficie y se incrementan las pérdidas de nutrientes y otros materialesaplicados al suelo, por lixiviación; puede generar vías de flujo preferencial que aumentan elriesgo de contaminación de aguas subterráneas y niveles freáticos.

La repelencia al agua no es exclusiva de ningún tipo de suelo en particular. Ha sido observadacon mayor frecuencia, pero no exclusivamente, en suelos de climas secos. Se ha detectado en casitodas las regiones del mundo y en algunas de ellas se ha convertido en un problema mayor demanejo de suelos para explotaciones agropecuarias: En Australia afecta más de 5 millones dehectáreas y causa pérdidas hasta del 80 % de la producción agropecuaria en ellas. En varias partes puede ser que el problema no se haya diagnosticado debido a que se puede confundir con problemas físicos en el suelo que reduzcan su permeabilidad, como compactación, cementación oencostramiento o porque se produce pérdida de porosidad originada en el secado irreversible dealgunos suelos o porque el suelo nunca se ha estudiado en época seca.

Los métodos más utilizados para evaluar la repelencia al agua en los suelos son el MED y elWDPT. Ambos métodos se ven afectados por las condiciones de temperatura y de humedadrelativa en que se hagan las determinaciones, por lo que se habla de dos tipos de repelencia:Real,cuando la determinación se hace en el campo o con las muestras en el laboratorio pero sinsecarlas, ypotencial, cuando las muestras se someten a secado en laboratorio, antes de hacer lasdeterminaciones. Se sugiere que las evaluaciones del WDPT se hagan con las dos variantes: encampo y secadas en laboratorio, colocando en éste unas condiciones constantes de 20°C de



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temperatura y de 50% de humedad relativa. Además, las muestras, en el laboratorio, se debentamizar suavemente a 1 mm. Para evaluar el MED, en laboratorio, se presenta un protocolocompleto que se está recomendando para estandarizar el método.

El riesgo de que se presente la repelencia al agua en el suelo se puede reducir si se evita laacumulación de litter sobre el mismo. Esto puede hacerse favoreciendo su descomposiciónrápida, por ejemplo mediante el laboreo o mejorando la actividad microbial, con la adición denutrientes, para incrementar los procesos de descomposición del mismo. Otra alternativa paraevitar la acumulación excesiva de litter consiste en retirarlo del sitio o someterlo a quemascontroladas de baja intensidad.Cuando ya el problema se ha detectado, hay algunas maneras de manejarlo: El laboreo ejerceabrasión sobre los sólidos del suelo, desprendiendo parte de los recubrimientos hidrofóbicos queellos tienen; si el laboreo se hace durante la lluvia es más efectivo. La adición de arcilla de bajaactividad a los suelos de textura gruesa ha contribuido a reducir su grado de repelencia al agua.La adición de compuestos que eleven el pH del suelo también ha reducido la repelencia al aguaen algunos suelos. Hay una serie amplia de compuestos capaces de reducir la tensión superficialdel agua (surfactantes), con lo que facilitan su entrada al suelo repelente. Adicionar materiaorgánica fresca y diferente del litter que cae naturalmente al suelo y/o mantener el suelo bajounas condiciones adecuadas de humedad, mediante la aplicación de riego, también ayuda adisminuir su grado de repelencia al agua. De todas formas, cualesquiera de las prácticasmencionadas debe ser estudiada para el suelo en particular que se quiere mejorar, pues ningunade ellas ha demostrado tener aplicación universal.

Con respecto a los tópicos tratados en este trabajo hay algunos puntos que vale la pena resaltar, amanera de conclusiones:

A medida que se conoce más acerca de la repelencia al agua en los suelos, este fenómeno parece ser más la norma que la excepción.Frente al fenómeno de la repelencia al agua, cada suelo es único y así mismo son susrespuestas.El tipo de materia orgánica que aporta los compuestos hidrofóbicos al suelo corresponde amateriales no húmicos, con bajo grado de alteración.Cuando se han encontrado relaciones entre la repelencia al agua y el contenido de materiaorgánica del suelo, éstas han tenido bajos coeficientes de determinación.La severidad de la repelencia al agua se determina con el MED, mientras que la persistencia se evalúa con el WDPT.La temperatura de secado de las muestras para determinar el WDPT afecta su valor: la persistencia de la repelencia tiende a aumentar con el incremento en la temperatura. No se encontraron diferencias significativas entre los valores de la mediana y del

promedio del WDPT.La variabilidad espacial de la repelencia al agua en el suelo es alta y, predominantemente,de rango muy corto.En Andisoles humectables de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas se han detectadovías de flujo preferencial por macroporos.



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Las vías de flujo preferencial se pueden desarrollar por diferencias en permeabilidad, entextura, en densidad aparente o en repelencia al agua, o por la presencia de frentes dehumedecimiento inestable en el suelo.Cuando las vías de flujo preferencial son digitadas, el tamaño de los dedos depende latextura, de la relación rata de infiltración-conductividad hidráulica saturada y de lascondiciones iniciales de humedad del suelo.En las vías de flujo preferencial digitadas, los dedos tienden a desarrollarse siempre en lamisma posición dentro del suelo y son muy persistentes: pueden durar, incluso, décadas.En suelos repelentes al agua es frecuente la generación de tres tipos de flujo de agua quelos humedecen en profundidad: un flujo de distribución en la superficie, uno vertical a lolargo de las vías de flujo preferencial, que se da en la zona repelente al agua y un flujodivergente, por debajo de la zona repelente al agua.Las vías de flujo preferencial aumentan la velocidad del flujo de agua en el suelo yreducen el tiempo de contacto entre el agua y el suelo, por lo que pesticidas ycontaminantes pueden llegar fácilmente a las aguas subsuperficiales y contaminarlas.Se encontraron diferencias significativas entre un buen número de propiedades químicas yfísicas de Andisoles de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, al comparar muestrasrelacionadas verticalmente, con y sin repelencia al agua.

A pesar de que se han adelantado varios trabajos para tratar de entender el fenómeno de larepelencia al agua en los Andisoles de cuenca de la quebrada Piedras Blancas y, antes de pretender ampliar la cobertura de estos trabajos hacia otras áreas, aún faltan por resolver variosinterrogantes que requieren del esfuerzo que en investigación en este campo pueda hacerse en unfuturo cercano. Entre los problemas que deben resolverse están:

¿Cómo afecta la repelencia al agua los microorganismos del suelo?.¿Cómo son las propiedades hidrológicas y cómo afecta la repelencia al agua la hidrologíade estos suelos?.¿Hay formación de vías de flujo preferencial digitadas en nuestros Andisoles repelentes alagua?.Caracterización de los compuestos hidrofóbicos de dichos suelos.¿Cómo afecta la repelencia al agua la germinación y la producción en estos suelos?.¿Cómo es el movimiento de nutrientes y de contaminantes en estos suelos?.¿Qué prácticas se pueden implementar para manejar el problema de la repelencia alagua?.¿Hay alguna interacción entre los compuestos hidrofóbicos del suelo con su fraccióninorgánica?.



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Repelencia Al Agua en Suelos (en Andisoles)

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