AGUA DEL SUELO

 

            La fase líquida del suelo está constituida por el agua y las soluciones del suelo.

El agua procede de la atmósfera (lluvia, nieve, granizo, humedad atmosférica). Otras fuentes son infiltraciones laterales, ascenso desde capas freáticas, etc. Las soluciones del suelo proceden de la alteración de los minerales y de la materia orgánica.

El agua ejerce importantes acciones, tanto para la formación del suelo (interviene decisivamente en la meteorización física y química, y translocación de sustancias) como desde el punto de la fertilidad.

La fase líquida circula a través del espacio poroso, queda retenida en los huecos del suelo y está en constante competencia con la fase gaseosa. Los cambios climáticos estacionales, y concretamente las precipitaciones atmosféricas, hacen variar los porcentajes de cada fase en cada momento.

El agua del suelo puede clasificarse en una serie de términos diferentes, ya sea desde un punto de vista físico o desde el punto de vista agronómico.

 

 Desde el punto de vista físico:

Agua higroscópica. Es el agua adsorbida directamente de la humedad atmosférica, forma una fina película que recubre a las partículas del suelo. No está sometida a movimiento, no es asimilable por las plantas (no absorbible). Está fuertemente retenida a fuerzas superiores a 31 atmósferas.

Agua capilar. Contenida en los tubos capilares del suelo. Dentro de ella distinguimos el agua capilar absorbible y la no-absorbible.

i) Agua capilar no absorbible. Se introduce en los tubos capilares más pequeños <0.2 micrones. Está muy fuertemente retenida y no es absorbible por las plantas; la fuerza de succión es de 31-15 atmósferas.

ii) Agua capilar absorbible. Es la que se encuentra en tubos capilares de 0.2-8 micrones. Es agua absorbible por las plantas, por lo tanto agua útil para la vegetación, constituye la reserva durante los períodos secos. Está fuertemente adsorbida; la fuerza de retención varia entre 15 a 1 atmósferas.

Agua gravitatoria. No está retenida en el suelo.

Se habla de agua gravitatoria de flujo lento y agua gravitatoria de flujo rápido en función de su velocidad de circulación.

De flujo lento. La que circula por poros comprendidos entre 8 y 30 micrones de diámetro. Tarda de 10 a 30 días en atravesar el suelo y en esos días es utilizable por las plantas.

De flujo rápido. La que circula por poros mayores de 30 micrones. Es un agua que no queda retenida en el suelo y es eliminada rápidamente al subsuelo, pudiendo alcanzar el nivel freático. Es un agua inútil, ya que cuando está presente en el suelo los poros se encuentran totalmente saturados de agua, el medio es asfixiante y las raíces de la mayoría de las plantas no la pueden tomar.

 

 Desde el punto de vista agronómico

Capacidad máxima. Contenido hídrico equivalente a todos los poros saturados de agua. No existe fase gaseosa. La porosidad total del suelo es igual al volumen total de agua en el suelo.

Capacidad de retención. Cantidad máxima de agua que el suelo puede retener. Representa el almacenaje de agua del suelo. Se produce después de las precipitaciones atmosféricas cuando el agua gravitatoria ha percolado; no obstante, durante ese período se producen pérdidas por evaporación, absorción de las plantas, etc. Por ello es muy difícil de medir. Hay una medida equivalente que se realiza en el laboratorio. Corresponde al agua higroscópica más la capilar, es decir el agua que ocupa los poros de hasta 8 micrones.

 

Capacidad de campo. Representa un concepto práctico, que trata de reflejar la cantidad de agua que puede tener un suelo cuando se pierde el agua gravitatoria de flujo rápido, después de pasados unos dos días de las lluvias (se habrá perdido algo de agua por evaporación y consumo de las plantas). La fuerza de retención del agua variará para cada suelo, pero se admite generalmente una fuerza de succión de 1/3 de atmósfera.

La capacidad de campo consiste en tomar la humedad de una muestra extraída en el campo dos días después de un lluvia importante. Generalmente se considera que así se obtiene una humedad en exceso (especialmente para los suelos de texturas finas) debido a que incluiría parte del agua de desagüe lento. Por esto es que se aconseja medir la capacidad de retención en el laboratorio a través de la determinación de “humedad equivalente”.

 

Punto de ruptura del lazo capilar. A medida que el suelo continúa perdiendo humedad por evaporación y consumo de los vegetales, la película de agua que está adsorbida a las partículas y agregados se adelgaza cada vez más y en consecuencia el agua es cada vez retenida con mayor fuerza. El proceso continúa hasta que la película de agua pierde continuidad. La importancia de este punto radica en que se considera que los movimientos del agua son ya muy lentos, por lo que la planta encuentra la dificultad de absorberla por lo que debe moderar su ritmo vegetativo. Para suelos de textura media se considera este punto equivalente a aproximadamente un 70 % de la capacidad de retención.

 

Punto de marchitez. Representa el contenido de humedad de  un suelo que se deseca a un nivel tal que el agua que queda está retenida con una fuerza de succión mayor que la de absorción de las raíces de las plantas. Es el agua que queda retenida a una presión de 15 atmósferas, en los poros de hasta 0.2 micrones. El agua contenida corresponde al agua higroscópica más el agua capilar no absorbible. Se distinguen aquí el punto de marchitez temporario a aproximadamente 10 atm. (la planta se recupera de su estado de marchites si se entrega agua al suelo) y el punto de marchitez permanente (el estado de marchitez de la planta es irreversible).

 

Punto de higroscopicidad. Es el agua que el suelo toma del aire húmedo. Está retenida a tensiones mayores a 30 atmósferas.

 

Agua útil. Representa el agua en capacidad de campo menos el agua existente en el punto de marchitez permanente. Es decir el agua retenida en los poros entre 0.2 y 8 micrones.

 

En esta figura se muestran las relaciones entre el espacio poroso ocupado por el agua y el correspondiente al aire en cada uno de estos estados. En esta otra figura se reproducen los tipos de aguas presentes en un suelo al irse humedeciendo progresivamente.

 

En esta figura se muestran valores típicos para suelos con distintas granulometrías. En ella se destacan los siguientes hechos interesantes:

Suelos arenosos: muy baja capacidad de campo, pero casi toda su humedad es agua útil pues la cantidad de agua en punto de marchites es muy pequeña.

Suelos arcillosos: muy alta capacidad de campo, pero con gran cantidad de agua inútil en punto de marchites.

Suelos de granulometrías equilibradas (francos): buenas características al compensarse los efectos de las arenas y de las arcillas.

 

El agua del suelo se puede clasificar cuantitativa o cualitativamente según su estado de energía utilizando conceptos termodinámicos. El concepto de estado energético es tan importante o más que la cantidad de agua del suelo, pues predice el comportamiento, ya que el movimiento del agua está regulado por su energía. Es decir que dos suelos con igual contenido de agua no darán necesariamente iguales respuestas a una misma planta, puesto que la disponibilidad de agua para la planta depende de su estado energético.

 

CARACTERIZACION ENERGETICA DEL AGUA DEL SUELO.

 

            Se parte del concepto de energía libre, la que puede definirse como: "La capacidad de una sustancia de realizar un trabajo (fuerza por distancia) desde un estado de referencia a otro cualquiera".

Como no es posible determinar los valores absolutos, se trabaja con las diferencias de energía libre que en el caso de los suelos es: "la cantidad de trabajo que debe ser efectuado por unidad de masa de agua con el objeto de transportar, reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua desde un reservorio, situado en una elevación especificada y bajo presión atmosférica, hasta el agua del suelo".

Esta definición corresponde a lo que se conoce como la "diferencia de energía libre específica" y es sinónimo de "potencial hídrico total" (P. H. T.).

            El potencial hídrico total de un suelo generalmente posee valor negativo, ya que el agua del suelo está sometida a distintas acciones que disminuyen su energía libre. (Al conjunto de fuerzas que retienen el agua del suelo se llama potencial de succión).

Los factores considerados son cuatro y se los estudia por separado como componentes del P. H. T.

 

Potencial Matriz (P.M.).

 

            Es, salvo en los casos de suelos salinos, el más importante cuantitativamente y depende de la "atracción hacia el agua" ejercida por la fase sólida del suelo a través de mecanismos de adsorción y capilaridad. La atracción por adsorción se origina como consecuencia de superficie de sólidos descompensados eléctricamente. Las moléculas del agua actúan como dipolos y son atraídas, por fuerzas electrostáticas, sobre la superficie de las partículas de los constituyentes del suelo.

Por otra parte en los microporos del suelo queda retenida el agua por fuerzas capilares.

 

Potencial Osmótico (P.O.)

 

            Es importante en suelos salinos y se debe a la influencia de los solutos sobre la energía libre del agua. Cuando se ponen en contacto dos líquidos de diferente concentración la solución más concentrada atrae al agua para diluirse.

 

Potencial Gravitatorio (P.G.) y Potencial Neumático (P.N.).

 

            Son de menor importancia y se deben a la acción de la gravedad en el primer caso (es positivo, tiende a desplazar el agua horizontes cada vez más profundos) y a las presiones efectuadas por la atmósfera y otras, en el segundo.

Cuando el potencial de succión es mayor que el potencial gravitatorio, el agua queda retenida en los poros, y cuando el potencial de succión es menor que el gravitatorio, el agua se desplaza hacia abajo.

En síntesis, el P.H.T. del suelo es la suma algebraica de:

          

       P.M. + P.O. + P.G. + P.N.

 

            De acuerdo a una convención internacional esos potenciales se simbolizan con la letra griega "psi" (y).

 

Es de destacar que algunos autores no consideran el potencial neumático, por ser de poca importancia, y en cambio introducen el concepto de potencial temperatura (P.T.). La temperatura obviamente, influye en varios aspectos del potencial total, ya que afecta la energía libre del agua del suelo.

De acuerdo a este concepto  potencial hídrico total estaría compuesto por:

      

           P.M. + P.O. + P.G. + P.T.

 

Unidades utilizadas:

 

            La dimensión de la energía libre es correspondiente a la de trabajo: ergio o julio.

Como el potencial hídrico total es la energía libre específica, es decir, trabajo sobre unidad de masa, las unidades son: ergio/gr.

 

Succión total del suelo:

 

            La determinación de la succión total de un suelo involucra la determinación de la succión matriz y de la succión osmótica, que corresponden a los potenciales matriz y osmótico del suelo, respectivamente.

La succión total no es exactamente igual al P.H.T., pero su importancia radica en que es la medida práctica de la succión que debe vencer la raíz para absorber agua. La succión se mide actualmente en Pascales, aunque se acepta la medida en barios, cm de altura de una columna de agua, etc.

 

             0,33 atm = 33 KPa = 3,4 m col agua

 

Contenido hídrico del suelo:

 

            El contenido de humedad del suelo se define como: "la cantidad de agua perdida a 105 -110 °C y se expresa en porcentaje de agua sobre la base de suelo seco". A veces también se expresa en volumen.

 

Capacidad hídrica del suelo:

 

            Esa cantidad de agua que tiene el suelo (contenido hídrico), debe expresarse en función de la fuerza a que es retenida, ya que su comportamiento va a ser muy distinto dependiendo de las fuerzas de retención a que se encuentre sometida. Efectivamente si la mayor parte del agua está débilmente retenida ésta se podrá mover y será asimilable para las plantas, mientras que si toda el agua está fuertemente retenida, carecerá de movilidad y será un agua inútil para las plantas.

La capacidad hídrica del suelo es entonces, el contenido hídrico que corresponde a una determinada succión total o a una determinada succión matriz. En este último caso se trata de la capacidad hídrica diferencial (C.H.D.), que es la cantidad de agua que contiene el suelo a un determinado valor de succión matriz (S.M.).

 

 

Curvas de retención hídrica:

 

            Como es evidente, la succión matriz es función del contenido de agua del suelo (mayor contenido de agua menor succión y viceversa), pero cada suelo posee una propia serie de valores de capacidad hídrica diferencial, por ello no existe un valor o ecuación general y debe determinarse para cada suelo en particular.

Si las determinaciones de contenido hídrico y de succión matriz se grafican; surgen las curvas de retención hídrica, en las que se utilizan distintas unidades (cm de altura de agua, pF (potencial capilar), bares, atmósferas, etc.) y que se conocen con distintos nombres (curvas de pF, de succión, etc). Un sistema aproximado de cálculo se presenta posteriormente.

Ahora bien, esta curva no es unívoca. Para una misma muestra de suelo la curva obtenida no es la misma en una muestra húmeda que se va desecando (ciclo de secado) con respecto a la que se obtiene si se parte de la muestra seca y la vamos humedeciendo (ciclo de humedecimiento). Este distinto comportamiento del suelo según se encuentre en un periodo de desecación o de humectación en relación con la fuerza con la que el agua está retenida, es el fenómeno de histéresis, y se cree se debe al diámetro variable de los sistemas capilares de la masa del suelo.

Para un determinado contenido de humedad, cuando vamos desecando un suelo se necesita aplicar una succión mayor que cuando este se va humedeciendo. Por norma internacional las medidas de humedad y retenciones se calculan siempre desecando las muestras de suelo, previamente humedecidas.

 

 

CAPACIDAD DE CAMPO Y PUNTO DE MARCHITEZ PERMANENTE:

 

            De las primeras clasificaciones del agua del suelo, surgieron dos conceptos de aplicación práctica, que son la "capacidad de campo" y el “punto de marchitez permanente".

 

Capacidad de Campo (C.C.)

 

            Se la puede definir como "el contenido hídrico del suelo, luego de que el mismo haya sido saturado por la lluvia o por el riego y se ha vuelto muy lenta la percolación del agua gravitatoria (es ésta relativamente estable)". Esta situación se produce normalmente entre uno y tres días, después de la saturación.

Surge de la definición, que ésta no es una verdadera situación de equilibrio sino una condición en la que de no existir evaporación ni consumo por las plantas, el movimiento del agua es tan lento en este punto que el contenido hídrico no varía apreciablemente.

            Se puede considerar que es el límite superior de retención de agua por parte del suelo, ya que el exceso se pierde más o menos rápidamente.

            Si bien existen diferencias de opinión entre autores y también entre suelos de texturas extremas, en general se considera que es el agua retenida por el suelo a una succión matriz de 0,3 bares.

 

Humedad Equivalente

 

            A principios de siglo, cuando era muy difícil determinar este valor, se desarrollaban métodos que daban un dato aproximadamente similar a la capacidad de campo por lo que se llamó a sus resultados humedad equivalente (H.E.).

            Aunque se han desarrollado nuevas técnicas de campo y de laboratorio, esta determinación aún se utiliza. Ensayos en la región Semiárida Pampeana han arrojado la siguiente relación entre humedad equivalente (HE) y limo + arcilla (L+A):

 

                

                       

    HE(%) - 2.306

         L+A(%) =-------------------------

                                 0,322

 

 

Punto de Marchitez Permanente (P.M.P.)

 

            Se define normalmente como: "el contenido hídrico del suelo en el que las plantas se marchitan y ya no pueden recuperarse al agregar más agua".

Representa aproximadamente el límite inferior del contenido del agua del suelo que las plantas pueden absorber, aunque depende mucho de la especie vegetal considerada.

            Para las plantas más comunes se encontró que es el agua retenida por una succión matriz oscilante a 10 ‑ 20 bares, en promedio 15 bares. Es importante destacar a manera de dato, que varios vegetales perennes y otra vegetación nativa presentan puntos de marchitez de hasta 66 bares.

Entre estos últimos valores considerados (C.C. - P.M.P.) se encuentra lo que se llama "agua útil", es decir el agua aprovechable por las plantas.

 

VALORES NORMALES DE CAPACIDAD DE CAMPO Y COEFICIENTE DE MARCHITEZ PERMANENTE PARA SUELOS DE DIFERENTES TEXTURAS (% DE HUMEDAD).

TEXTURA               CAP. DE CAMPO    PTO. DE MARCH. PERMANENTE

Arenoso                              5 -15                                   3 -8

Franco arenoso                 10 -20                                  6 -12

Franco                               15 -30                                  8 -17

Franco arcilloso                 25 -35                                13 -20

Arcilloso                             30 -70                                17 -40

 

            Estos valores no son "constantes del suelo" y están afectados por un gran número de factores que influyen el contenido hídrico de cada suelo, siendo especialmente utilizados en la agricultura de regadío.

Además de éstos existen otros valores de humedad que tienen importancia para ciertos trabajos: humedad presente, humedad del suelo seco al aire, coeficiente higroscópico, humedad de saturación, etc.

 

RELACIONES ENTRE DIFERENTES MANERAS DE EXPRESAR LA HUMEDAD DEL SUELO

_________________________________________________________

pF          Altura de una columna    Atmósferas           Valores de

                     de agua (cm)                                            presión

 

                                                               0                          1                             1/1000

1                        10                             1/100

2                      100                             1/10

2,54                 346                             0,33----------------Cap. de campo

3                    1000                                1

4                  10000                               10

4,2               15849                               15----------------Pto marchitez

4,4               31623                               31----------------hum higrosc.

5                100000                             100

6              1000000                           1000

7            10000000                         10000

 

METODOS PARA DETERMINAR LA HUMEDAD DEL SUELO

 

            Dada la importancia del tema se han desarrollado numerosos métodos para la determinación de humedad del suelo. El método clásico, directo y en última instancia de referencia, es el secado en estufa a 105 - 110 °C.

            Entre los métodos modernos, indirectos y utilizables en condiciones de campo, se puede mencionar la sonda de neutrones. Para determinaciones de succión matriz son utilizados los bloques de yeso o de Bouyoucos, los tensiómetros (ambos de campo) y las membranas de presión o de Richards (técnica de laboratorio).

 

SECCIÓN PRÁCTICA

 

1 -Determinación de la humedad presente en el suelo por secado en estufa.

En un pesafiltro, tarado previamente se pesa la muestra de suelo proveniente del campo, y se coloca en estufa a 105 - 110 °C, hasta peso constante. Luego se deja enfriar en un desecador y se obtiene el peso seco.

 

Cálculo:

 

                               Peso suelo húmedo ‑ Peso suelo seco

 % de humedad = --------------------------------------------------------------------------------  * 100

                                        Peso suelo seco

 

            A manera de ejemplo, realizar los cálculos de humedad presente en el suelo a la siembra y en floración de un cultivo de maíz, disponiendo para ello de los siguientes datos:

 

 

Maíz a la SIEMBRA

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Horizonte       Tara pote      Pote + SH      Pote + SS            % humedad

----------------

A Planicie         42,73              153,53           138,63

AC                    41,24              158,52           140,90

C1                    40,95              180,63           155,47

C2 Ca               40,00              170,80           145,00

 

A Bajo              35,56              175,35            155,52

AC                    40,40              168,97            147,65

C1                    44,32              173,45            153,84

C2 Ca               38,47              140,35            130,97

----------------

Maíz a la FLORACION

----------------

A Planicie         38,71             145,22             141,10

AC                    41,19             174,41             166,40

C1                    39,34             174,91             167,57

C2 Ca               38,37             141,45             136,25

 

A Bajo            40,59               161,06              154,73

AC                  40,30               171,99              160,87

C1                  38,76               171,86              160,59

C2 Ca             38,81              197,81               179,97

----------------

    Representar  los perfiles hídricos correspondientes para ambas posiciones del relieve.

 

Factor de corrección:

 

            El resultado de los análisis se expresa generalmente en por ciento de suelo seco a 105 ‑ 110 °C. Para transformar el peso del suelo secado al aire en los correspondientes a suelos secado a estufa se usa el factor de corrección "F":

 

                                           100 + Humedad

      Factor de corrección = ----------------

                                                   100

 

2 -Determinación del equivalente de humedad.

 

            Se pesan 30 gramos de suelo secado al aire, se colocan en cestillas de base alambrada con un trozo de papel de filtro en dicha base. Se colocan las mismas en baño de agua durante 24 horas. Transcurrido este tiempo, se dejan escurrir por espacio de media hora. Luego se colocan en una centrífuga que se hace funcionar por espacio de una hora a 2500 r.p.m.

            Se extraen las cestillas y con la ayuda de una espátula se sacan muestras de los cuatro extremos de la misma, se introducen en un pesafiltro previamente tarado y se lo lleva a estufa hasta peso constante. (para los cálculos se utiliza la misma fórmula de la determinación anterior).

            La siguiente tabla contiene los datos de los perfiles muestreados. Calcular el porcentaje de humedad:

 

----------------

Horizonte     Tara pote      Pote + SH       Pote + SS         % Humedad

----------------

A Planicie        41,47             64,11             60,97

AC                   42,51             68,98             65,44

C1                   42,98             66,12             63,47

C2 Ca              41,55             65,58             63,04

 

A Bajo             42,51             71,76            66,64

AC                  38,10             62,46            58,78

C1                   40,27             63,99            60,94

C2 Ca              38,10             65,40            62,45

 

 

3 ‑ Coeficiente de marchitez permanente.

 

    Determinación indirecta según el volumen de sedimentación

 

            En una probeta de 50 ml se colocan 25 ml de agua y luego se agregan lentamente, para favorecen su mojado, 25 gramos de suelo seco al aire y tamizado por 2 mm. Se homogeniza la suspensión con movimientos verticales de una ansa de alambre cuyo extremo se dobla en forma de aro normal al vástago y se termina limpiando las paredes con unos 5 ml de agua. Se deja en reposo y se lee el volumen sedimentado a las 24 horas.

 

Cálculo:

   % humedad a 15 atm = 18,865 + 0,297 * VS

  

   VS (volumen de sedimentación) = Volumen leído * 4

 

            Es un método rápido y sencillo que no posee exigencias de instrumental. En general da buenos resultados en suelos de textura arenoso-franca a franco-arcillosa y en muestras que poseen menos de 2 % de materia orgánica y 3 % de yeso.

            En la siguiente tabla se presenta el volumen sedimentado para los perfiles estudiados:

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Horizonte      Volumen leído     Volumen sedim.     PMP

----------------

A Planicie            22,60

AC                       22,20

C1                       21,30

C2 Ca                  20,90

 

A Bajo                 25,90

AC                       23,40

C1                       22,20

C2 Ca                 20,90

----------------

 

4- Curva de retención hídrica

 

            Graficar la relación Tensión ‑ Humedad y determinar los porcentajes de agua útil que entrega el suelo por rango de succión a partir de los siguiente datos obtenidos por olla y membrana de presión Richards.

 

TEXTURA                          VALORES DE SUCCION

----------------

                             (atm)   0,33       1           3           15

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                                       ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ humedad (%) ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑

Franca                             25,45   21,28    16,52    14,88

Franco arcillo arenosa     34,00   29,31    18,62    15,10

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