Unidad IV: Fase líquida del suelo

Estructura y propiedades del agua Estado de energía del agua en el suelo Concepto y componentes del potencial total del agua Unidades de expresión del potencial aguaCurvas características de humedadConceptos de disponibilidad de agua en el suelo (saturación, capacidad campo, punto de marchitez permanente y coeficiente higroscópico)

IMPORTANCIA DEL AGUA EN EL SUELO

Afecta el desarrollo de las plantas Es el solvente del suelo Afecta la temperatura del suelo Controla la aireación Regula el intercambio de gases Afecta la actividad microbiana Incide en el estado de óxido-reducción de

los elementos Altera la plasticidad del suelo

Lado Negativo

Lado Positivo

Núcleo de Hidrógeno

Núcleo de Hidrógeno

Núcleo de

Oxígeno

105 °

Superficie de la

partículadel suelo

Superficie de la

partículadel suelo

.................

Puente de H

.................

Puente de H

Cohesión Adhesión

Agua

Interfase Aire-Agua Aire

Tensión superficial del agua:72.8 newtons/mm a 20oC

ASCENSO CAPILAR

h: 2T Cos r d g

h: ascenso capilar (cm)T: tensión superficial (72,8 newtons/mm a 20oC)Cos : el ángulo de contacto es ceror: radio del capilard: densidad del agua (1g/cm3)g: aceleración de la gravedad (981 cm/seg2)En suelo:

h (cm):0.15/r (cm)

ENERGIA DEL AGUA

• Energía cinética= ½ m V2

Energía en función de la velocidad del agua

• Energía potencial=masa*acelerac.grav.*h

Energía debido a la posición del agua dentro del suelo

Fuerzas que afectan el nivel de energía del agua

• Gravitacional

• Mátrica

• Osmótica

Potencial total del agua en el suelo (Ψt) : Es la cantidad de energía por unidad de agua necesaria para transportar reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua desde el estado estándar al punto considerado en el suelo

Ψt=Ψg + Ψp + Ψm + Ψo

Ψg =potencial gravitacional

Ψp=potencial de presión hidrostática

Ψm=potencial mátrico

Ψo=potencial osmótico

POTENCIAL GRAVITACIONAL

Energía del agua debido a la fuerza de la gravedad

Se puede expresar como:

la energía potencial de una unidad de peso de agua:

Ψg: h

h: altura del agua del suelo por arriba del nivel de referencia (dentro del perfil y en la parte inferior). Tiene valor positivo

POTENCIAL DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Es la energía que tiene el agua en suelos saturados

• Tiene valor positivo

POTENCIAL MÁTRICO

Es la energía de agua debido a la fuerza de retención de los poros y de adsorción de las partículas del suelo.

• En suelo saturado, su valor es 0 bar

• En suelo insaturado (debajo de -10 kPa o -0.1bar) su valor es negativo

POTENCIAL OSMÓTICO

Es la energía del agua debido a la presencia de sales disueltas en el agua del suelo

Se puede estimar:

1) Ψo (kPa) = -36 CEs (dS/m)

CEs=conductividad eléctrica en el extracto de saturación

2) Ψo (kPa) = -RTC

R=constante universal de gases

T=temperatura en Kelvin

C= concentración de solutos

POTENCIAL HIDRÁULICO (Ψh)

Es importante en el movimiento del agua en el suelo y en suelos saturados

Ψh=Ψg + Ψm + Ψp

SUCCIÓN Y TENSIÓN

• Los potenciales negativos se pueden expresar como tensiones o succiones.

El agua de mueve de > potencial (-10 bar) a < potencial (-30 bar)

El agua se mueve de < (10 bar) tensión a > tensión (30 bar)

UNIDADES DE EXPRESION DEL POTENCIAL DEL AGUA DEL SUELO

• Energía por unidad de masa de agua, Joules/kg• Energía por unidad de volumen de agua, Pa:Newton/m2,

kPa:103 Pa, MPa:106 Pa• Energía por unidad de peso de agua, altura de columna

de agua, cm o mbar=presión ejercida por una columna de agua de 1023 cm

altura

0.1 bar=1 m= 10 kPa

CURVA CARACTERISTICA DE HUMEDAD

• Relación entre cantidad de agua y potencial mátrico

• A potenciales mátricos altos, > -1 bar (-100 kPa), la curva depende de la capilaridad y distribución del tamaño de poros (estructura) del suelo

• A potenciales mátricos bajos , entre -1 bar a -100 bar (-10000 kPa), la curva depende de la adsorción y superficie específica de los sólidos (textura) del suelo.

HISTERESIS

La curva de humedad depende de si el suelo se está secando o humedeciendo.

Causas de histéresis:

1) no uniformidad en el tamaño y forma de los poros, 2) el aire atrapado en los poros 3) la expansión y contracción de las arcillas por humedecimiento y secado que afectan la distribución por tamaño de los poros.

DESCRIPCIÓN CUALITATIVA DE LA HUMEDAD DEL SUELO

• Máxima capacidad de retención de agua

Contenido de agua cuando el suelo está saturado

• Capacidad de campo (CC)

Contenido de agua a un potencial mátrico entre -0.1 y -0.30 bar (-10 a -30 kPa).

0 1 2 3 4

.55

.45

.35

.25Capacidad de campo

Días luego de la lluvia

Con

ten

ido

de

agu

a (θ

) (m

3/m

3 d

e su

elo)

DESCRIPCIÓN CUALITATIVA DEL AGUA

• Punto de marchitez permanente (PMP)

Contenido de agua a un potencial mátrico de -15 bar (-1500 kPa). La planta se marchita y no puede recuperar la turgencia tras 12 horas en una atmósfera saturada de vapor de agua.

• Coeficiente higroscópico

Contenido de agua a un potencial mátrico -31 bar (-3100 kPa). La atmósfera que rodea a una muestra de suelo está saturada de vapor de agua (98% HR).

Capacidad de retención máxima

Capacidad de campoAgua gravitacional

No disponible

Agua disponible Agua

capilar

Rápidamente disponible

Poco disponible

Zona óptima

Punto de marchitez

Coeficiente higroscópico

Agua higroscópica

-1 -10 -100 -1000 -10.000 -100.000 -1.000.000

(Alto) -1.500 -3.100 (Bajo)

Potencial mátrico del suelo (kPa, escala logarítmica)

60

50

40

30

20

10

0

Con

ten

ido

de

agu

a en

el s

uelo

(θ)

(v

olu

men

%)

Saturación Capacidad de campo

Punto de marchitez

Espacio poroso

100 gr

100 gr

100 gr

100 gr

40 mL

20 mL Aire

10 mL

Aire

8 mL Aire

Suelo saturado

Capacidad de campo

Punto de marchitez

Coeficiente higroscópico

Sólido

Agua

Sólido

Capacidad de campo y punto de marchitez permanente

Aproximadamente, el contenido de humedad a capacidad de campo es la mitad del de saturación y el de punto de marchitez permanente es 50% del de capacidad de campo

AGUA DISPONIBLE

Se calcula como la diferencia en la cantidad de agua (expresada en volumen) entre CC (-33 kPa) y PMP (-1500 kPa)

Es importante para definir la cantidad de riego

Representa la máxima cantidad de agua disponible para las plantas que puede almacenar el suelo.

FACTORES QUE AFECTAN EL AGUA DISPONIBLE

Textura del sueloContenido de materia orgánicaCompactación del sueloPresencia de salesProfundidad del suelo y presencia de capas

compactadas

Agua no disponible

Agua disponible

Punto de marchitez

Capacidad de campo

40

32

24

16

8

0Con

teni

do d

e ag

ua d

el s

uel

o (θ

) (v

olu

men

%)

Texturas finas

Arenoso Franco arenoso

Franco Franco limoso

Franco arcilloso

Arcilloso

0 1 2 3 4 5 6 7

0.50

0.40

0.30

0.20

0.10

Capacidad de campo

Punto de marchitez permanente

% de Materia orgánica

Con

ten

ido

de

agu

a en

el s

uel

o (θ

)

(

m3/m

3 d

e su

elo)

Efecto de la compactación en el agua disponible

A mayor densidad aparente del suelo menor es la cantidad de agua disponible debido a:

una menor cantidad de macroporos lo que significa menos cantidad de agua retenida a capacidad de campo

yun mayor número de microporos muy finos que

aumenta la cantidad de agua retenida a punto de marchitez permanente

Efecto de la presencia de sales en el agua

disponible

El potencial osmótico tiende a reducir el agua disponible ya que más agua es retenida en el punto de marchitez permanente.

Importante en suelos de regiones secas.