Precipitación+Riego Evaporación+Transpiración

Balanc

e

* Complejo biológico

* Soporte físico (anclaje)

* Reserva de nutrientes

* Reserva de Agua (aire)

Funciones del suelo:

Es la base del riego por aspersión

Fracción sólidaFracción líquidaFracción gaseosa: O2, CO2

Poros: Macroporos y microporos

Triangulo de textura

Estructura del suelo

Contenido de agua en el suelo

Humedad gravimétrica (θg):

Es la relación entre el peso del agua y el peso del suelo seco

100P

P 100

seco suelo Peso

agua de Peso(%) θ

ss

ag ==

Contenido de agua en el suelo

Contenido de agua en el suelo

Humedad volumétrica (θv):

Es la relación entre el volumen de agua y el volumen total o aparente del suelo

100V

V 100

suelo del talVolumen to

agua deVolumen (%) θ

as

av ==

Se define como el cociente entre la masa de suelo seco (Pss) y el volumen total o aparente del suelo (Vas), que incluye tanto la parte sólida como los poros.

as

ssa

V

Pd =

0,7 g/cm3 => suelos volcánicos

1,8 g/cm3 => suelos arenosos

COMPACTACIÓN

Densidad aparente

1,2 a 1,4 g/cm3 => horizontes superficiales

1,4 a 1,6 g/cm3 => horizontes profundos

Es el cociente entre la masa de suelo seco (Pss) y el volumen ocupado por las partículas sólidas (Vs), es decir, el volumen descontando los poros.

s

ssr

V

Pd =

La densidad real de los suelos es casi constante e igual a 2,6 2,6 g/cm3 (2,6 t/cm3), pudiendo disminuir cuando abunda la materia orgánica

Densidad real

Relación entre θg y θv

a

v

v

aa

a

ssa

a

ss

ag

d)

V(d

P

Vd

P

P

P θ

θ

θ ====

1V

P

a

a =

gad θθ =v

Es el volumen ocupado por los poros, expresado normalmente como porcentaje del volumen total del suelo.

r

a

s

ss

t

ss

asss

sss

as

s

as

sas

t

poros

d

d1

VP

VP

-1 V P

P V1

V

V1

V

VV

V

Vε −==−=−=

−==

−=

r

a

d

d1 (%) ε 100

La porosidad oscila entre el 25 y el 60%, aunque normalmente se encuentra entre el 40 y el 50, pudiendo llegar en suelos con mucha materia orgánica al 90%.

Porosidad (ε):

h

h

h S

h S

V

Vθ aa

t

av ===

100

h (%) θh v

a =

ha

3m 10 mm 1 =

h

ha

Altura de lámina de agua

Clasificación del agua en el suelo:

Intervalo de

Hum

edad disponible

(IHD)

Punto de marchitamiento (Pm)

Nivel de agotamiento permisible (NAP)

Capacidad de campo (Cc) o de máxima retención de agua

Suelo saturado

Agua útil

����

Agua libre o de gravedad

Agua higroscópicaSuelo seco

ESTADOS DE HUMEDAD DEL SUELO

Estados de humedad

Agua higroscópica: Es el agua adsorbida de una atmósfera de

vapor de agua como resultado de las fuerzas de atracción

sobre las moléculas de agua, de las superficie sólida de las

partículas del suelo.

Agua capilar: Es el agua retenida en los poros pequeños del

suelo que poseen efecto capilar y que está retenida por

tanto, por fuerzas debidas a la tensión superficial.

Agua de gravitación: Es aquella que ocupa temporalmente el

volumen de aireación, y que fluye bajo la acción de la

gravedad, al no poderla sostener el suelo.

Clasificación del agua en el suelo:

Cantidad de agua ≠ Estado energético del agua

Curvas P-V

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

Hum

edad v

olu

métric

a (%

)

Presión (bares)

Ap

Bck

Potencial hídrico del agua en el suelo

El potencial hídrico del suelo es la cantidad de trabajo que hay que realizar para transportar reversible e

isotérmicamente la unidad de cantidad de agua desde una situación de referencia hasta el punto de suelo considerado.

Potencial hídrico del agua en el suelo

• No importa el “potencial”, sino la diferencia de potencial. Por ello, la referencia es indiferente.

• El agua se mueve de mayor a menor potencial.

• Puede expresarse en términos de trabajo/masa, pero lo habitual es trabajo/volumen, expresándose en unidades de presión.

pgom ΨΨΨΨΨ +++=

mΨ

oΨ

Potencial mátrico

Potencial osmótico

Potencial del agua en el suelo

gΨ

pΨ

Potencial gravitacional

Potencial de presión

Potencial hídrico del agua en el suelo

Potencial Potencial mmáátricotrico: Sólo se presenta en suelos subsaturados, y se debe a mecanismos de retención del agua en el suelo (fuerzas capilares de atracción entre moléculas de agua y de suelo, es decir, fuerzas de adhesión y cohesión).

Su valor siempre es negativonegativo, ya que la presión que origina se opone a la expulsión del agua del suelo. Cuanto más seco está un terreno, más bajo es el potencial mátrico y mayor será la presión necesaria para extraer el agua.

Potencial mátricoPotencial hídrico del agua en el suelo

Potencial osmPotencial osmóóticotico: Se debe a las diferencias de concentración a ambos lados de una membrana semipermeable (membranas celulares de las raíces), produciéndose un flujo de agua hacia la solución más concentrada (xilema).

Este potencial es siempre negativonegativo.

Ψo = MRT

Siendo: M = molalidad

R = constante universal de los gases (0,0820)

T = temperatura absoluta.

Existe una gran relación entre Ψo y conductividad eléctrica:

Potencial osmótico

Ψoeθv

ε Ψo ; CEe 0,36- Ψoe ==

Potencial osmótico en

extracto de saturación

Porosidad

Humedad volumétrica

Potencial hídrico del agua en el suelo

Potencial gravitacional

Potencial gravitacionalPotencial gravitacional: Se debe a la altura geométrica del punto considerado respecto al plano de referencia, coincidiendo su valor con esta distancia

Potencial hídrico del agua en el suelo

Potencial de presión

Potencial de presiPotencial de presióónn: Sólo aparece en suelos saturados y se debe a la presión ejercida por el agua que satura el suelo sobre el punto considerado. Su valor es siempre positivopositivo, siendo igual a cero en suelos subsaturados.

Potencial hídrico del agua en el suelo

Por tanto, y son excluyentes

Se entiende por potencial hidráulico a la suma de los potenciales mátricoy gravitacional

El agua se mueve en el suelo en el sentido de los potenciales hidráulicos decrecientes.

gmH ΨΨΨ +=

pΨmΨ

Potencial hidráulico

Para un mismo contenido de humedad, los distintos suelos retienen el agua con

distinta energía, es decir, la relación humedad-potencial mátrico varía para cada

tipo de suelo.

Curvas características de humedad

Curvas características de humedad

Efecto de la estructura

Histéresis

Medida del contenido de agua en el

suelo

• Métodos directos

• Métodos indirectos

Métodos directos (gravimétricos)

Métodos directos

Se toma una muestra, se pesa, se deseca en

estufa a 105ºC hasta peso constante (≅ 24

horas) y se vuelve a pesar. La diferencia de

peso es debida al agua que tenía inicialmente

y ha perdido. No es un método de campo.

Métodos indirectos

•Tensiómetricos

•Bloques de yeso

•Sonda de neutrones

•Tdr

•Enviroscan

Tensiométricos

Miden el potencial hidráulico, es decir, ψH= ψm+ψg.

Bloques de yeso

Bloques de yeso (Watermark): Miden om ΨΨ +

Sonda de neutrones

Determina θv

TDR

TDR (Time Domain Reflectometry): determina θv

Mide la constante dieléctrica del suelo por medio del tiempo de recorrido de un pulso electromagnético que se introduce en el suelo a través de dos varillas de acero inoxidable.

El tiempo de recorrido es proporcional a la constante dieléctrica del suelo, la cual varia con el contenido de humedad del mismo.

Enviroscan

Enviroscan: Determina θv

Utiliza la capacitancia para medir la humedad del suelo. Alrededor de cada sensor se crea un campo eléctrico de alta frecuencia, y la frecuencia medida es función de la humedad del suelo.

Movimiento del agua en el suelo

El agua en el suelo agrícola nunca está inmóvil

Flujo saturado

Flujo no saturado

Gravedad

Potencial mátrico

Controlado por

Controlado por

Flujo saturado

� Tiene interés para el drenaje.

� El caudal transferido por unidad de sección es:

L

ψψK

L

∆ψK q H2H1H −

==

Siendo

K = conductividad hidráulica del flujo saturado

Medida de la capacidad del suelo para conducir agua.

Suelos arenosos: K entre 10-3 y 10-2 cm/s

Suelos arcillosos: K entre 10-7 y 10-4 cm/s

∆ψH = diferencia de potencial hidráulico.

∆ψH/L = gradiente, “fuerza motriz que obliga al agua a moverse”.

Darcy-Buckingham

Depende de la porosidad total y

del tamaño de los poros

Flujo no saturado

• Conforme se descargan los poros grandes, toma importancia ψm frente a ψg .

• Puede aplicarse la ley Darcy si se considera K función del contenido hídrico K=K(θ).

• La conductividad K disminuye al hacerlo la humedad (100.000 veces por 1 bar)

• Al no estar saturados los poros, la sección conductora de agua disminuye.

• En flujo saturado, los mejores conductores son los arenosos. En flujo no saturado (salvo θv muy alta), suelen ser los arcillosos mejores conductores para una misma humedad volumétrica. Esto produce un efecto de retención de agua cuando debajo de un horizonte arcilloso hay uno arenoso.

Variación de K con θv

Variación de K con la textura

Infiltración

Se entiende por tal el paso del agua a través de la superficie del suelo y tiene gran importancia en el proceso de riego, ya que limita el ritmo de aplicación de agua al terreno.

Infiltración

t

Infiltración θv1 < θv2 < θv3

θV1

θV2

θV3

InfiltraciónPuede implicar:

• Movimiento unidireccional (riego a manta)

• Movimiento bidireccional (riego a surcos)

• Movimiento tridirecional (riego por goteo)

Es un proceso complejo, que va a depender de:

• Tiempo.

• Humedad inicial

• Conductividad hidráulica saturada, K

• Estado de la superficie del suelo y cambios que experimenta durante la humectación.

• Aire atrapado durante el proceso de aplicación de agua

Infiltración acumulada

• La infiltración acumulada, que normalmente se mide en mm, representa la cantidad total de agua que ha pasado a través de la superficie del suelo en un tiempo determinado.

aK tI = Ec. Kostiakov, 1932

DtcK tI a +⋅+= Ec. Wallender

A ttsI 1/2 +⋅= Ec. Philip, 1957

s= sorptividad, que depende de la humedad

A= velocidad de infiltración estabilizada, o infiltración

constante después de cierto tiempo, función del tipo de suelo

(30mm/h para arenosos, 5 mm/h para arcillosos)

Infiltración acumulada

Velocidad de infiltración

La velocidad de infiltración (infiltrabilidad), que se mide en mm/h, depende principalmente de:

� Tiempo de infiltración

� Contenido inicial de agua en el suelo

� Conductividad hidráulica saturada

� Estado de la superficie del suelo

� Presencia de estratos de diferente textura

La velocidad de infiltración disminuye con el tiempo, conforme el suelo aumenta su humedad

(suelo húmedo)

1-a taK dt

dIi == Ec. Kostiakov, 1932

Ats2/1i -1/2 +⋅⋅= Ec. Philip, 1957

Redistribución del agua después de la

infiltración� La redistribución comienza tras la infiltración.

� Es función de los gradientes de potencial hidráulico, tendiendo estos a igualarse.

� Las capas húmedas pierden humedad, mientras las mas secas aumentan su humedad.

� El gradiente de potencial va disminuyendo con el tiempo, con lo que el movimiento del agua se RALENTIZA con el tiempo. Esto es función del tipo de suelo.

Redistribución del agua después de la

infiltracióna) Suelos muy húmedos

El gradiente de potencial mátrico es muy pequeño en

comparación con el gradiente de potencial gravitatorio.

La Ley de Darcy-Buckinghan quedaría:

- El suelo arenoso contine menos agua en saturación, y la

pierde más rápidamente al principio.

- La redistribución es afectada por estratos menos

permeables.

z

z )θ(K

z)K(θq H ∆

−=∆Ψ

−=

Redistribución del agua después de la

infiltracióna) Suelos poco húmedos

La rapidez de distribución depende, además, de:

- Propiedades hidráulicas del suelo.

- Profundidad inicial del suelo mojado.

- Humedad de capas más profundas.

La redistribución es más rápida cuanto menor sea la

profundidad del suelo inicialmente mojado, y mayor la

sequedad del suelo más profundo.

Perfiles de agua en el suelo en varios tiempos después de haber añadido agua a la

superficie del suelo.

Variación del contenido volumétrico de humedad a profundidad constante en

función del tiempo en perfiles uniformes de distintos suelos

Saturación; todos los poros llenos de agua Ψm=0

Capacidad de campo o de retención; Ψm=-0,1 (ligeros) a -0,3 (pesados)

Macroporos aire y agua,

Microporos todos los poros llenos de agua

Punto de marchitez permanente (PMP); Ψm≤ - 15 bar

Agua útil o intervalo de humedad disponible (CC-PMP)

Déficit permisible de manejo (DPM)

30-60% del agua útil

Cuando agotamos el DPM, el contenido de agua en el suelo se conoce como Nivel de Agotamiento Permisible (NAP)

Estados de humedad del suelo

Agua muy móvil,

muy accidentalmente

utilizada por las

plantas

Agua móvil, fuente

esencial para los

vegetales

Agua libre

Agua

capilar

Agua

higroscópica

Agua poco móvil,

difícilmente utilizable

Agua poco móvil,

utilizable solamente

por contacto con los

pelos absorbentes

Agua absorbida por

las partículas sólidas

Variable

TIPO DE SUELO INTERVALO DE HUMEDAD

DISPONIBLE

Límite (mm/cm)

Promedio(mm/cm)

Velocidad de

infiltración máxima

(mm/h)

Arenas de textura muy gruesa. 0,33-0,62 0,40 19-25,5

Arenas de textura gruesa, arenas

finas y arenas margosas.

0,60-0,85 0,70 12,5-19

Franco-arenosos de textura

medianamente gruesa y

franco-arenosos finos.

0,85-1,45 1,15 12,5

Franco-arenosos muy fino,

francos, franco-arcillo-

arenoso y franco-limosos.

1,25-1,90 1,60 10

Franco-arcillosos de textura

medianamente fina y franco-

arcillo-limosos.

1,45-2,10 1,80 7,5

Arcillas arenosas de textura fina,

arcillas limosas y arcilla.

1,35-2,10 1,95

Valores de intervalo de humedad disponible de los diferentes suelos por unidad de profundidad y

velocidad de infiltración máxima

Perdidas de agua en el suelo

Pérdidas de agua

En el transporte

En la aplicación

En el suelo

e

n

l

a

a

p

l

i

c

Uniformidad

Sistemade riego

Manejo Mantenimiento

UNIFORMIDAD DEL AGUA INFILTRADA

USO DEL AGUA POR LA PLANTA

CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN DEL CULTIVO

Depende del clima

ETc = Evapotranspiración de referencia x Coeficiente de cultivo

ETo Kc

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Kc

MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE

14/V 12/VI

13/VIII 10/IX

9/XI

0.30

1.20

0.55

Inicial Desarrollo del cultivo

Mediadosdel período

Finales del período

29 días62 días 28 días 60 días

Depende del cultivo:TipoFenología

Kc pimiento

Depende fundamentalmente del sistema de riegoAspersión: El suelo como almacén de agua para el cultivo.

Riegos distanciados y abundantes.Goteo: Riegos frecuentes y ligeros.