Relaciones hidricas suelos y plantas

TEMA 1

PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO:RELACIONES HIDRICAS EN SUELOS Y

PLANTAS

FIG 2. SECCIÓN DE UNA MUESTRA DE SUELO DONDE SE PUEDEN OBSERVAR LAS TRES FASES

Agua Aire

Material MineralMaterialOrgánico

FIG 3. ESQUEMA DE LA COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA DE UN SUELO DE TEXTURA MEDIA

• ESCALA USDA ESCALA de la ISSS • Arena muy gruesa2 - 1 mm Arena gruesa2 – 0.2 mm• Arena gruesa1 – 0.5 mm• Arena mediana0.5 –0.25 mm• Arena fina0.25 – 0.1 mm Arena fina0.2 – 0.02 mm• Arena muy fina0.1 – 0.05 mm• Limo0.05 – 0.002 mm Limo0.02 – 0.002 mm• Arcilla< 0.002 mm (< 2m) Arcilla< 0.002 mm (< 2m)

El Triangulo Textural¿Que porcentajes de las diferentes partículas (en peso) tendrá el suelo representado por el punto rojo?

Grano decuarzo

Polímeroorgánico

Arcillas

FIG 5: GRANOS DE CUARZO CEMENTADOS POR ARCILLAS Y MATERIA ORGÁNICA

LAMINARPRISMATICA

COLUMNAR

BLOQUES ANGULARES

BLOQUES SUBANGULARES

GRANULAR

DISTINTOS TIPOS DE ESTRUCTURA

• DETERIORO DE LA ESTRUCTURA:– LABOREO INADECUADO– POBREZA EN MATERIA ORGÁNICA– RIEGO CON AGUAS DE MALA CALIDAD

• PROBLEMAS– COSTRA SUPERFICIAL– AIREACION– CIRCULACIÓN DEL AGUA– COMPACIDAD (laboreo)– EROSIONABILIDAD

VT

VP

VS

VG

VA

Gas (ρg= 1.3 kg·m-3)

Agua (ρa= 1000 kg·m-3)

Solido (ρs= 2650 kg·m-3)

MG=VG·ρg= 0

MA=VA·ρa

MS=VS·ρs

Perfiles de humedad antes y despues de un riego

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

20

40

60

80

100

120

140

160

Pro

fun

did

ad (

cm)

θ (cm3cm-3)

23/8/9721/8/87

Cálculo del agua almacenada en un perfil de suelo (S) a partir de los datos de humedad volumétrica del mismo. ( n = numero de horizontes)

D z dz zeqz

vi

n

vi i= ⋅ ≈ ⋅z ∑=0

0θ θ( ) ( )∆

0

0

Volumetric Water Content

Soil

Depth

∆z

θv

z

0

zS

SONDA DE NEUTRONES

TDR: MEDIDA DEL CONTENIDO VOLUMETRICO DE HUMEDAD DEL SUELO

V = C/ ε

ε = constante dieléctrica

∆ S

Es

ET P R

D F

BALANCE HÍDRICO: Entradas – Salidas = R + P + F – ( ET + D + Es) = ∆S =S2-S1

θ ∆ Si = ∆Zi * ∆θ i

θ final θ inicial

∆S = ∆Si

Pro

fund

idad

, Z

Σ

CALCULO DEL CAMBIO DE AGUA ALMACENADA EN UN PERFIL DE SUELO

POTENCIAL MATRICIAL

SUELO HÚMEDO (1)´

SUELO SECO (2)

0 Kpa (suelo saturado) > Ψm1 > Ψm2 > - 2000 Kpa

0 cm (suelo saturado) > hm1 > hm2 > - 20000 cm

Aire

Adhesión Adhesión

Cohesion

Agua

Gravedad

h

h(m) = 2σ/ρgr = 0,000015/r(m)

agua pura soluciónsalina

Ψo =0 Ψo <0

Ψo

POTENCIAL OSMÓTICO ψ< 0

Ψo (Kpa) = - M R T donde : M(moles/m3); R=8,31 J/mol/K; T(K)

Ψo(bar) = -0,36 CE (dS/m) ho (m) = -3,6 CE (dS/m) = -0,36 θs /θ CEes(dS/m)

MEDIDA DE LA CE DE LA SOLUCION DEL SUELO

EXTRACTORES DE SOLUCION

SENSORES DE SALINIDAD

ZT ZB

A

Agua

H = -L +ZH H = -12,6 ZHg+ ZH

hm= -12,6ZHg+ZB+ZH

TENSIOMETROS

Ref

hm= -L +ZB+ZH

CURVAS DE RETENCIÓN DE HUMEDAD

Solido

1

2

Liquido

Gas

A) B)

EXPLICACIONES A LA HISTÉRESIS

Métodos de obtención de las curvas carácterísticas de los suelos

Contenido de agua cm3/cm3

Po

ten

cial

ma

tric

ial (

-m)

1000

100

10

1

0

θrθs

Columna de agua

Tensiómetro

Celula Tempe

Olla Richards

Psicrómetro

Ollas de Richard´s (0-15 atm)

Expresiones paramétricas de las curvas de retención de humedad

0,1

1

10

100

1000

10000

100000

0 0,2 0,4 0,6

θ (cm3/cm3)

h (

-cm

)

B&C

VG Brooks y Corey θ = θr + (θs - θr)·(hb/h)λ para h >hb

θ = θs para h <hbhb

θ r θs

Van Genutchenθ = θ r + (θs - θ r)/((1+a·h)n)m

ANALISIS DE LAS CURVAS DE RETENCION DE HUMEDAD

Contenido de agua cm3/cm3

Po

ten

cial

ma

tric

ial (

-m)

1000

100

10

1

0

θrθsθccθPM

3

150

CC

PM

SAT

AGUA UTIL

AU arcilloso = 0,6-0,2=0,4

AU arenoso = 0,35-0,1=0,25

AGUA ÚTIL (AVAILABLE WATER) PARA DISTINTAS TEXTURAS DE SUELOS

hp1-hp2

Columna de suelo deConductividad Ks

Q (l/s)/A(m2)= q(mm/s) = Ks·dH/dx

Potencial hídricohp1

Potencial hídricohp2

LEY DE DARCY

q= Ks(hp1-hp2)/L

CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA SATURADA

Textura aproximada Ks (mm/h)

Suelo arenoso 25-250

Suelo franco-arenoso 13-76

Suelo franco 8-20

Suelo franco-arcilloso 2.5-15

Suelo limo-arcilloso 0.3-5

Suelo arcilloso 0.1-1

•Depende de otros factores como la estructura ylas características del fluido circulante Ks=k·ρ·g/µ

hp hgPotencial hídrico en el extremo superior H1 = H1 + LPotencial hídrico en el extremo inferior Ho = = 0 + 0Diferencia de potencial

∆Η = H1-Ho= H1 + L

Ecuación de Darcy: q = Ks (H1+L)/L

q=Q/A

PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE

PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE

a·L· ln (H1/H2) A· ( t2-t1)

Ks =

S

H

y

capa freática

capa impermeable

• r entre 8 y 10 cm•S> 1/2 H• y > 3/4 yo

• K= C· ∆ y /∆t • y =(y + yo)/2

2 r

∆y

yo

Medida de Ks: METODO DE AUGER HOLE

INFILTRACION EN ANILLO SIMPLE Y EN DOBLE ANILLO.

DATOS DE LA PRUEBA DE INFILTRACION

Factores que condicionan la infiltracion: Humedad del suelo

Factores que condicionan la infiltracion: Estado de la superficie del suelo

Factores que condicionan la infiltracion: Textura del suelo

Partes de la planta Contenido en agua

(% peso total)

Raíces

Tallos

Hojas

Frutos

Semillas

Cebada, región apcalZanahoriaGirasol (zona media)

EsparrágueraGirasol (7 semanas)Pino

Lechuga, hojas interioresGirasol (7 semanas)Maíz, hojas adultas

TomateFresaManzana

Maíz dulce, tiernoMaíz secoCebada (descortezada)Cacahuete (crudo)

93,088,271,0

88,387,555,0

94,881,077,0

94,189,184,0

84,811,010,25,1

1. Importancia del agua para las plantas

• Componente químico más importante en las plantas.

• > 70% P Fresco tejidos vegetales

• > 90% P FrescoÓrganos crecimiento

1. Importancia del agua para las plantas

• Constituyente de los tejidos (85% plantas herbaceas, 50% leñosas, 15% semillas y cortezas)

• Disolvente de gases, iones y solutos (establece un sistema continuo) para la absorción y el transporte.

• Actúa como metabolito (fotosíntesis, respiración, etc.)

• Mantenimiento turgencia (presión) celular responsable del alargamiento y crecimiento celular.

• Regulador de la temperatura

Funciones del agua:

2. El agua en la planta: índices de cantidad y potencial hídrico

Índices de cantidad:

Contenido relativo: * 100

Contenido hídrico: * 100

Pesofresco

oPesoPesofresco sec−

oPeso

oPesoPesofresco

sec

sec−

Ej. 100 g peso fresco• 93 g agua• 7 g materia seca

C.R. = 93*100/100 = 93% C.H. = 93*100/7 = 1328%

Potencial hídrico:

Hace referencia al estado energético del agua

Ψ = Ψm + Ψo + Ψp + Ψg

agua

↑ Ψ ↓ Ψ

Componentes del Potencial hídrico:

Potencial de presión: Ψp • Es la presión ejercida sobre el agua (presión atmosférica =0).• > 0 en citoplasma y vacuolas. Se origina por la reacción elástica de las

paredes celulares a la deformación provocada por la entrada de agua en la

célula (mayor cuanto mayor sea la deformación).• < 0 en el xilema en condiciones de transpiración (succión).

Potencial matricial: Ψm< 0• Debido a la interacción de las moléculas de agua en las interfases

sólido-líquido, por ejemplo en paredes celulares• Valores negativos.

Potencial matricial: Ψg• Debido a la fuerza de la gravedad. Valores pequeños, depende del plano de

referencia.

Potencial osmótico: Ψo< 0 • Debido a la presencia de sales y solutos disueltos en el agua.• < 0 en citoplasma celular . ↑[ solutos ] ↓Ψo

• Ejemplo de valores de potenciales en diferentes partes de un tejido vegetal en equilibrio hídrico

Ψ(MPa) Ψp(MPa) Ψm(MPa) Ψo(MPa)

Vacuola -1.2 0.5 0.0 -1.7

Pared celular -1.2 0.0 -1.1 -0.1

* Cuando se altere el equilibrio hidrico de la celula, debido a que en algún punto de la misma se origina algún cambio en su potencialhídrico, se produciran entradas o salidas de agua (siempre en sentido de potenciales decrecientes. Esto afectará al contenido relativo de agua, asi como a la turgencia, al volumen celular y a la concentración de solutos (ver diapositiva siguiente)

Ci

Célula turgente

Ψ = 0; Ψp = -Ψo

(diluida)Ce

Célula plasmolisisada

Ψ = Ψo; Ψp = 0

(Concentrada)Ce

Ci

PSICROMETRO DE TERMOPAR (Ψ)

CÁMARA DE PRESION (SCHOLANDER)Ψm en xilema ~ Ψ

SONDA DE PRESION (Ψp en interior de celulas)

MEDIDAS DE POTENCIAL EN PLANTA

1 MPa = 10000 mb

Jv = grad Ψ / r = Lp * grad Ψ

Movimiento de agua en la planta

- 0,5 bar

- 2 bar

- 5 bar

- 15 bar

- 50 bar ↓ Ψ

↑ Ψ


Absorción de agua por la raízMovimiento radial de agua en la raíz:

a) Simplasto: a través del citoplasma celular

b) Apoplasto: a través de espacios intercelulares

c) Depende del gradiente y resistencia

Epidermis

Córtex

Endodermis

Xilema

Banda deCaspari

VIASIMPLÁSTICA

VIAAPOPLÁSTICA

Pelo radical


Transporte de agua a larga distancia

Xilema: tejido conductor de agua y nutrientes desde la raíz al resto de la planta.

Células conductoras: vasos y traqueidas

• Células alargadas.

• Carentes de citoplasma.

• Paredes secundarias lignificadas:

• Presencia de perforaciones:

unión de células y evitar formación

de burbujas de aire (cavitación).


Transpiración

Pérdida de agua en forma de vapor desde la planta hacia la atmósfera

( ≈ 95% agua absorbida).

Incluye 2 etapas:

a) Evaporación del agua.

b) Difusión vapor de agua.

- Transp. Estomática (estomas)

- Transp. Cuticular (cutícula)

3. Movimiento de agua en la planta

3.3. Transpiración

T = ( Ch – Ca ) / r

Ch = concentración vapor de agua hoja

Ca = concentración vapor de agua aire

r = resistencia difusión vapor de agua

“r” depende fundamentalmente del grado de apertura del estoma

ehoja

eaire

Estomas:

- Discontinuidades de epidermis.

- Variabilidad entre especies (nº y posición)

- Mayor nº en el envés.

células guarda

turgentes

poro

células guarda

fláccidas

ESTOMA ABIERTO ESTOMA CERRADO

Evolución de la apertura estomática

Evolución diaria del potencial en hojaΨh = Ψs – T·rs-h

Evolución de los potenciales hídricos en hoja, raíz y suelo

Puesta en marcha de los mecanismos adaptativos a medida que se intensifica el estrés hídrico

Comienzo del cerradodel estoma

Evolución del potencial osmótico de una hoja con la desecación progresiva del suelo, para casos con ajuste osmótico y sin ajuste

osmótico

Termómetro de infrarrojos

INDICE DE ESTRES

WSI = BC/AC

Medida del consumo de agua por los cultivos

1,5 mhormigon

12 m

4 m

CONSUMO DE AGUA DE DIFERENTES CULTIVOS

Modelo RITJEMA- ABOUKHALED

• ETR =ETc= Kc · ETo si θ > θc

• ETR= ETc · (θ−θpm)/((1-α)•(θcc-θpm)) si θ<θc

Capacidad de campo (θcc)

Humedad crítica (θc)

Punto de marchitez (θpm)

Zona de óptimoComportamiento del cultivo

Efectos adversos en producción y crecimiento

Muerte de la planta

Z·(θcc-θc) == Z·α (θcc-θpm)

(*)

Ejemplo de transpiración para cultivo de algodón con diferentes humedades en el suelo

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