Slide 1

Carlos Jess Baca Garca.DATOS BASICOS DE DISEO, TIPOS Y COMPONENTES DEL SISTEMA1CARACTERISTICAS FISICAS DE LOS SUELOS

EL SUELOEs un componente fundamental de la produccin agrcola, en sus diferentes variables; dependiendo de sus caractersticas, facilidades o dificultades direccionado a la obtencin de productividades compatibles con los niveles de inversin en cultivos irrigados. Entonces, las caractersticas de los suelos deben de ser bien conocidas, para permitir que se saque el mximo provecho de sus parmetros favorables o contorne de la mejor manera aquellos que puedan ser desfavorables, para obtener buenas productividades; esto entonces puede definir el manejo racional, o sea la combinacin de procedimientos y escoger tecnologas.

Ing. Carlos Baca GarcaEL SUELOEl suelo corresponde a la ltima capa de la superficie de la tierra y es un sistema poroso formado por infinidad de partculas slidas de diferentes tamaos y composicin qumica.El suelo funciona como soporte fsico o reservorio natural de agua para las plantas, es el proveedor de los principales nutrientes necesarios para la produccin.

Ing. Carlos Baca Garca

Un suelo fsicamente adecuado debera presentar:50% slidos (45% mineral ms 5% orgnico)50% de poros (30% de agua ms 20% de aire)

Ing. Carlos Baca Garca55. About half of a good topsoil is solid material, composed of (1) minerals and (2) organic matter, and the rest is (3) air and (4) water. The air and water is in the pore space between the mineral and organic particles. The volume and size of this pore space is critical to a well drained, productive soil. A compact soil low in organic matter will have very little pore space and cannot hold much air and water. Roots don't grow well under these conditions. A soil with lots of big pores drains very well, but may not hold enough water to sustain plants more than a few days. El suelo, en general, es un sistema complejo con tres fases bien diferenciadas:1) Fase slida:Consta de los minerales del suelo, es de carcter inorgnico y tambin puede tener materia orgnica slida proveniente de la descomposicin de los organismos.2) Fase Lquida:Corresponde aproximadamente a un 25% del volumen de suelo y circula a travs del espacio poroso . El agua en el suelo es retenida a travs de energa, la cual se expresa en unidades de Potencial Hdrico .La fase lquida del suelo est constituida por el agua y las soluciones del suelo.

El Suelo como sistema trifsicoIng. Carlos Baca Garca3) Fase Gaseosa del suelo. Composicin del aire en el suelo y del aire atmosfrico presenta, en condiciones normales, las concentraciones de nitrgeno, oxigeno y gas carbnico: La fase gaseosa es muy importante para la respiracin de las races y de los organismos del suelo.Tipo de gasAire del sueloAire AtmosfricoNitrgeno (N2)Oxigeno (O2)Gas Carbnico (CO2)79,20%20,55%0,25%79,00%20,97%0,03%Tabla 1. Composicin media del aire del suelo y aire atmosfricoIng. Carlos Baca GarcaEl suelo como un sistema trifsico.Vt = Volumen totalVa = Volumen del aireVw = Volumen de aguaVs = Volumen de los slidosVn = Porosidad totalMt = Masa totalMa = Masa del aireMw = Masa de aguaMs = Masa de slidos del suelo.

Ing. Carlos Baca Garca- La porosidad total de los suelos arcillosos es mayor que la de los suelos arenosos por el siguiente hecho: Como el material arcilloso es mas fino que las arenas, disponen de una mayor cantidad de poros pequeos, en comparacin a las arenas que son partculas ms grandes y por tanto, dejan orificios de mayor tamao pero menos numerosos.- La importancia de la capacidad de almacenamiento de agua del suelo se debe a que determina la frecuencia del riego, factor fundamental para el desarrollo de los cultivos.

Ing. Carlos Baca GarcaUn ejemplo ilustrativo de las modificaciones en las proporciones entre las 3 fases de un suelo sometido al cultivo, se puede apreciar en la siguiente figura:Ing. Carlos Baca Garca

A= Despus del preparo del sueloB = Despus de la cosecha de trigoC = Despus de la compactacin por los equipos del cultivo del sueloAlteraciones en el sistema trifsico de un suelo cultivado Glinski&Lipiec - 1990Clasificacin fsica del agua en el suelo1.- Agua no retenida contra la fuerza de gravedad: Agua Gravitacional.

2.- Agua retenida contra la fuerza de gravedad:Agua Capilar.Agua Higroscpica.Ing. Carlos Baca Garca12

Ing. Carlos Baca Garca

Esquemas que representan la composicin del suelo Ing. Carlos Baca Garca(1) AGUA GRAVITACIONAL Ocupa los espacios porosos ms grandes en el suelo, Agua contenida en los macroporos del suelo y que drena por la fuerza de gravedad (agua de drenaje). Si su movimiento es lento, puede ser utilizada por las plantas. Desaparece entre 1 y 3 das, despus de una lluvia si no existe una capa fretica alta u horizontes impermeables subsuperficiales (en riego?)

Ing. Carlos Baca Garca15(2) Agua Capilar Retenida en los poros de tamao capilar (Microporos). Se rige por las leyes que regulan la capilaridad, expansin de arcillas, atraccin electrosttica de coloides y otras fuerzas. Incluye la mayor parte del agua que pueden absorber las plantas. Esta retenida a tensiones entre 0,1 y 0,3 bares Disponible para las plantas. Biolgicamente activaIng. Carlos Baca Garca16(3) Agua HigroscpicaRetenida enrgicamente por los slidos del suelo a valores de tensin mayores de 31 bar.No es lquida y se mueve en forma de vapor.No puede ser absorbida por plantas superiores.Esta es el agua contenida en los suelos secos al aire, aquella que est en equilibrio con la humedad ambiente. Inactiva biolgicamente.

Plantas vivas VS Plantas productivasIng. Carlos Baca Garca17Parmetros de ingeniera del riegoReferida a la distribucin por tamao, de las partculas slidas que constituyen el suelo. Las partculas del suelo son tradicionalmente divididas en tres fracciones de tamao: arena, limo y arcilla Solo la textura de un suelo, indica apenas el dimetro equivalente de sus partculas y no dice casi nada con respecto a sus propiedades fsico-hdricas.TEXTURA DEL SUELOIng. Carlos Baca GarcaLas caractersticas texturales son prcticamente invariables en el tiempo y poco afectadas por la accin del hombre.Teniendo los porcentajes del peso de arena, limo y arcilla se puede conocer el tipo de textura, con la ayuda del Tringulo Textural.En funcin de su textura, los suelos se dividen en tres tipos bsicos: pesados (arcillosos), medios (francos) y ligeros (arenosos).Ing. Carlos Baca GarcaTEXTURA DEL SUELO

Los suelos arenosos carecen de propiedades coloidales y de reservas de nutrientes, presentan mala estructura, buena aireacin, muy alta permeabilidad y nula retencin de agua. Los suelos arcillosos son muy activos desde el punto de vista qumico, adsorben iones y molculas, son muy ricos en nutrientes, retienen mucha agua, bien estructurados, pero son impermeables.TEXTURA DEL SUELOIng. Carlos Baca GarcaFraccinTamaoCascajoArena gruesaArena finaLimoArcilla > 2,00 mm0,2 2,0 mm0,02 0,2 mm0,002 0,02 mm < 0,002 mmClasificacin textural de las partculas del suelo (Sociedad Internacional de Ciencia del suelo)Ser que se puede determinar el dimetro de las partculas?: Anlisis Mecnica del suelo.Ing. Carlos Baca GarcaDENSIDAD DE LAS PARTICULAS DEL SUELO

1) Densidad del suelo o densidad aparente o global:Bastante afectado por las intervenciones provocadas por el hombre.La compactacin del suelo causado por el uso intensivo de maquinaria agrcola, reduce el volumen total del suelo (Vt) para una misma masa (Ms), haciendo con que la densidad del suelo aumente.Arenoso ----------- 1,65 g/cm3Arcilloso ----------- 1,10 g/cm3DaDensidad del suelo, g/cm3;ms masa de la muestra de suelo seco en estufa, (g), Vs volumen de la muestra del suelo, cm3.Ing. Carlos Baca Garca3) Porosidad del suelo:Es el volumen de un suelo ocupado por los espacios vacos o poros,La porosidad total, es definida por la relacin entre el volumen ocupado por los poros y el volumen total del suelo,Como es difcil medir el volumen de los poros, en la prctica se utiliza una relacin aproximada.2) densidad de las partculas o densidad real del sueloDepende de la constitucin MINERALOGICA DEL SUELO, y como este vara poco de suelo para suelo. El promedio de la mayora de los suelos es:2,60 2,70 g/cm3

DaDensidad aparente del suelo, g/cm3;Dr Densidad real del suelo, (g/cm3), yP Porosidad, %.Ing. Carlos Baca Garca

PROFUNDIDAD DE LAS RAICES EN IRRIGACIONES.Ing. Carlos Baca Garca

Normalmente no se considera todo el perfil del suelo explorado por el sistema radicular de las plantas, sino apenas la profundidad efectiva, que debe ser de 80% a 90% del sistema radicular contenida en ella.

PROFUNDIDAD DE LAS RAICES EN IRRIGACIONES.Ing. Carlos Baca Garca

Superficieptima proporcin agua-suelo-aireSu determinacin para fines de manejo de riego es fundamental; la adopcin de valores mayores que los reales puede implicar la aplicacin de grandes cantidades de agua con consecuencias indeseables, pero valores menores pueden resultar en aplicaciones deficientes y en turnos de riego muy pequeos.Ing. Carlos Baca Garca29PROFUNDIDAD DE LAS RAICES DE ALGUNAS HORTALIZAS.

Hortalizaz (cm)Hortalizaz (cm)Arveja50 70Meln50 120Alcachofa70 100Nabo55 80Berenjena50 80Papa25 60Beterraga40 70Pepino35 50CamoteCebollaColColiflorEsparragoEspinacaFresaLechuga50 10030 6025 5025 50120 16040 7020 - 4015 - 30PimentnTomateRabanitosZanahoriaZandillaZapalloVainitas

30 7025 7020 3035 6050 8050 8040 60

Ing. Carlos Baca GarcaHumedad aprovechable en funcin de la texturaTextura del sueloCapacidad de campo(CC) Marchitez permanente(PMP) AguaDisponible(CC-PMP) Arenoso945Franco arenoso1468Franco221012Franco arcilloso271314Arcillo arenoso311516Arcilloso351718Ing. Carlos Baca Garca31Formas para expresar el contenido de: Agua en el SueloIng. Carlos Baca GarcaPara propsitos de riego, las relaciones fsicas son las de mayor inters, destacndose las relaciones cuantitativas, en trminos de masa y de volumen.Estas relaciones son denominadas respectivamente, humedad con base en masa y volumen.La cantidad de agua presente en el suelo puede ser expresado de 3 maneras:Base gravimtrica seca Humedad con base en la masa Humedad gravimtrica.Base volumtrica Humedad con base en el volumen Humedad volumtrica.Lmina.Ing. Carlos Baca GarcaMtodo gravimtrico: Determinacin del contenido de agua en el suelo. Mtodo directo. Mide contenido actual de agua. Se basa en diferencia de peso.Ing. Carlos Baca Garca34El mtodo gravimtrico consiste en retirar muestras del suelo hmedo, pesarlas y colocar en estufa a 105 C para su secado. Cuando llegue a un peso constante, se pesa nuevamente para determinar la masa del suelo seco. Ing. Carlos Baca Garca- Base Gravimtrica Seca ( ): Resulta de la divisin del peso de agua existente en determinada muestra de suelo hmedo por el peso de la muestra despus de haber secado en estufa a 105 C.- Base Volumtrica ( ): La humedad del suelo con base al volumen (m3 de agua por m3 de suelo) resulta de la divisin del volumen de agua existente en determinada muestra de suelo hmedo por el volumen de la muestra.

Ing. Carlos Baca Garca- Lamina (L): Tiene la misma grandeza de la base volumtrica, entonces expresa como lmina lquida en determinada lmina de suelo, es solo adaptar la unidad.

Ing. Carlos Baca GarcaLmina es la aplicacin de un determinado volumen de agua, el cul es distribuido en un determinado rea del terreno.Para tener una idea, la distribucin uniforme de un litro de agua en un rea de 1 m2, corresponde a una lmina de 1 mm. LAMINA DE RIEGO

Cada riego debe de dar un volumen de agua suficiente para elevar la humedad actual del suelo hasta su capacidad de campoIng. Carlos Baca GarcaUna muestra indeformada de suelo retirada con un cilindro metlico tiene 4,4 cm de dimetro y 4,6 cm de altura, revel una masa de 113,63 g. Despus de haber secado en estufa a 105oC, la masa de suelo seco fue 90,9 g. Determinar el contenido de agua en forma gravimtrica y volumtrica y lmina.EJERCICIOIng. Carlos Baca Garca

Para evitar la necesidad da retirar muestras volumtricas, lo que es muy trabajoso, se puede optar por la retirada de muestras gravimtricas y multiplicar el resultado por la densidad del suelo, para obtener el contenido volumtrico, basado en las siguientes relaciones: Siendo el volumen de agua existente en determinada muestra de suelo hmedo dividido por el volumen de muestra, se puede escribir que:

Ing. Carlos Baca GarcaComo la densidad del agua es 1 g/cm3, resulta que:Reconociendo que:Se obtiene:igualando

Ing. Carlos Baca GarcaConcepto del potencial de agua en el SueloCantidad de trabajo que es preciso invertir para transportar reversible e isotrmicamente una cantidad de agua desde la condicin estndar de referencia al punto del suelo en consideracin.

Estado de referencia: Agua pura y libre a una cota determinada, a la temperatura ambiente y a presin de una atmsfera.Ing. Carlos Baca GarcaComponentes del potencial hdricoEl suelo se encuentra bajo la influencia de diferentes fuerzas, tales como:Fuerza de gravedad,Fuerza de atraccin (adsorcin)CapilaridadPresin atmosfrica

Y el potencial del agua es la suma de los potenciales parciales debido a estos factores.Desde el punto de vista de riego, los componentes ms importantes son el potencial mtrico y el potencial gravitacional.Ing. Carlos Baca GarcaEl potencial hdrico del suelo est influenciado por el Potencial mtrico

Ing. Carlos Baca Garca44

El agua se mueve por la diferencia de potenciales, de los puntos ms energticos a los puntos menos energticos. Equilibrio, nunca ocurre en la Naturaleza, la planta siempre esta en desventaja, porque depende del suelo y de la atmsfera.Suelo da agua a la planta(-10)AtmsferaLa planta queda al medioLa sal provoca muerte pordeshidratacinIng. Carlos Baca Garca

Con esta hiptesis, ocurre lo contrario, pasa el agua de la atmsfera, para la raz. Con esta campana, no necesitaramos de riego, Produccin es fotosntesis (a mayor produccin, mayor fotosntesis), entonces son ms exigentes en agua.UR: 100%Con U.R. al 100%, no hay vaporizacinCampana de vidrioIng. Carlos Baca GarcaEL tensimetro es un equipo que mide el potencial mtrico de agua en el suelo. Es constituido por una cpsula porosa de porcelana ligada a un vacumetro a travs de un tubo rgido, de PVC u otro material adecuado. Insiriendo la cpsula porosa del equipo saturado con agua en un suelo insaturado, pasar agua de la cpsula para el suelo, hasta el equilibrio. Como el equipo se encuentra hermticamente cerrado, la salida de agua origina una presin negativa (tensin o vacuo) en el equipo que es registrada en un vacumetro metlico o de mercurio.Tensimetro:Determinacin del potencial de agua en el suelo.Ing. Carlos Baca Garca

Manmetro de presin, llamado tambin vacumetro, porque lee presiones negativasTubo de PVC, transparenteCpsula de cermicaTapa, por donde se llena con agua destiladaIng. Carlos Baca Garca

Ing. Carlos Baca GarcaCuanto menor es el contenido de agua en el suelo la energa de retencin es mayor (Potencial hdrico).49

Ing. Carlos Baca GarcaLos capilares formados en la pared de la cpsula impiden la entrada de aire. Por otro lado, permiten el paso de la solucin del suelo y, por tanto, el componente del potencial evaluado es el mtrico. Tericamente, cuando el valor absoluto del potencial se aproxima al de la presin atmosfrica (1,01325 bares, 101,325 kPa o 760mm de Hg) la integridad de la columna lquida es comprometida afectando la precisin de las lecturas. Por esa razn, las lecturas en la prctica estn limitadas a 80% de aquellos valores. Ing. Carlos Baca Garca

allaotIng. Carlos Baca Garca

Lectura en el vacumetro Observaciones0 10 cbSuelo saturado10 30 cbCapacidad de Campo30 60 cbIntervalo de riego.Mayor a 70 cbPlantas padeciendo Stres

Ing. Carlos Baca GarcaTensin (kPa)Hortalizas0 10 cbSuelo saturado10 30 cbLechuga, ajo, betarraga, cebolla, zanahoria, fresa, hortalizas en invernadero irrigadas por goteo30 50 cbPapa, berenjena, zapallo, brcolis, sandilla, meln, pimentn, tomate, arvejas50 70 cbCamote, coliflor, maz, repollo> 70Garbanzo, lentejas, pepino, tomate industrialIng. Carlos Baca GarcaTensmetro digital

Sonda de neutronsIng. Carlos Baca GarcaEl equipo moderador de neutrones se basa en la accin moderadora que el agua en el suelo presenta a los neutrones rpidos emitidos por una fuente radioactiva (en general, de Amercio-Berlio). Los neutrons moderados pueden sensibilizar un detector que procede su conteo durante un intervalo de tiempo especificado. La existencia de una ecuacin o curva de calibracin permite calcular el contenido volumtrico de agua en el suelo ( ) a partir del nmero de neutrones moderados.

Ing. Carlos Baca GarcaSONDA TDR (Time Domain Reflectometry)

Utiliza ondas electromagnticas para estimar la humedad del sueloIng. Carlos Baca Garca

VentajasDesventajasFuncionamientoPreciso, no requiere calibracin, no es afectada por la presencia de sales,Medicin automatizada para mediciones continuas.De electrnica compleja, alto costo del equipo y accesoriosNo apto en suelos rocosos o pedregososEmite ondas electromagnticas la cuales son afectadas por las molculas de agua. Las discontinuidades producidas son registradasIng. Carlos Baca Garca58Curva caracterstica o curva de retencin de agua en el sueloLa relacin funcional entre la humedad (con base en peso o en volumen) y el potencial matricial o mtrico, es llamada curva de retencin de agua, pero para cada tipo de suelo.La curva de retencin es una importante propiedad del suelo, relacionada con la distribucin de los poros, la cual es fuertemente afectada por la textura, por la estructura, materia orgnica. Es un dato extremadamente til para proyectos y manejos de riego, para modelaje del flujo del agua, conductividad hidrulica de suelos saturados.Ing. Carlos Baca GarcaObtencin de la curva de retencinEn laboratorio;Saturacin de las muestras;Obtencin de las humedades asociadas a las tensiones: placa de presin de Richards Tensiones: 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 1 ; 3 ; 5 y 15 atm.El extractor de agua sobre presin es un equipo de laboratorio utilizado para establecer la relacin entre el potencial mtrico y el contenido volumtrico de agua para un determinado suelo. En general esa relacin es representada en forma grfica, denominada curva caracterstica de agua en el suelo.Ing. Carlos Baca GarcaObtencin de la curva de retencin

Ing. Carlos Baca GarcaCada tipo de suelo ycada faja de un mismo suelopresentan una curva de retencin propia

La curva permite convertir valores de potencial matricial para valores de humedad, importante en riegos, para establecer el intervalo de agua disponible de un determinado tipo de solo para un cultivo especifico, as como transferir esa informacin para suelos y cultivos semejantes.Ing. Carlos Baca GarcaSuelo arcilloso X suelo arenoso

Suelo con estructura natural X Suelo compactado

67

IRRIGAR

Ing. Carlos Baca Garca Capacidade mxima de retencinEl suelo presenta una capacidad limitada para retener agua en contra a accin de la gravedad terrestre. Solamente despus, de esa capacidad de estar satisfecha es que el agua percola para las franjas subsecuentes del perfil. As, el suelo se comporta como un reservorio natural para el agua entre las lluvias e irrigaciones.La capacidad de almacenamiento depende de la textura y estructura del suelo que determinan la cuantidad de poros capaces de retener agua. Poros con grandes dimensiones no consiguen retener el agua, que drena por la accin de la gravedad. La salida de agua es acompaada por la entrada de aire, que da oxigeno a ambiente radicular.Ing. Carlos Baca GarcaEJEMPLOCapacidad Mxima de Retencin.Ing. Carlos Baca GarcaPROFUNDIDAD (Cm)MX. RETENCIN (%)CONTENIDO DE AGUA ACTUAL (%)0 20261720 35282235 - 603026Determinar, cul es la profundidad que una lmina de 35 mm, aplicada uniformemente en la superficie, llegar en el perfil del suelo?Contenido mnimo de agua disponibleEse contenido representa el limite inferior de disponibilidad de agua en el suelo las plantas para mantener este proceso productivo y un nivel satisfactorio. Se debe destacar, entretanto, que ese contenido est por encima del punto de marchites permanente. En irrigacin, el inters consiste en asegurar plantas productivas y no apenas mantener las plantas vivas.El contenido mnimo de agua presente en el suelo es insuficiente para asegurar la mantenimiento de un balance hdrico favorable para la planta.En consecuencia, ocurre una deshidratacin acentuada de los tejidos vegetales, perjudicando las reacciones metablicas asociadas a la produccin.Ing. Carlos Baca Garca

AGUA DISPONIBLEIng. Carlos Baca Garca

AGUA DISPONIBLEIng. Carlos Baca GarcaCALCULO DEL AGUA DISPONIBLE

Ing. Carlos Baca GarcaEl agua disponible de un suelo, puede ser fcilmente calculado desde que se conozcan los contenidos de humedad correspondientes de CC y PMP, las propiedades fsicas del suelo y la profundidad del suelo que sern considerados.1) Disponibilidad Total de Agua en el Suelo (DTA)Es una caracterstica del suelo, la cual corresponde a la cantidad de agua que un suelo puede almacenar por determinado tiempo.Debe ser expresado en altura de lmina de agua, por profundidad del suelo (mm. de agua por cm. de suelo o volumen de agua por unidad de rea)DTA: Disponibilidad total de agua (mm. por cm. de suelo) V : m3 de agua disponible por ha, en cada profundidad de suelo Da: Densidad aparente del suelo g.cm-3.CC y PMP: En % de pesoIng. Carlos Baca Garca

2) Capacidad Total de Agua en el Suelo (CTA)Tanto la cantidad de agua de lluvia, como de riego, solo debe ser considerado como DISPONIBLE PARA EL CULTIVO, en el perfil del suelo que este ocupado por el sistema radicular.CTA:Capacidad total de agua del suelo (mm.) z:Profundidad efectiva del sistema radicular (cm.), por lo menos 80% del sistema radicular.3) Capacidad Real de Agua en el Suelo (CRA)Cuando regamos, nunca debemos permitir que el contenido de agua en el suelo llegue a PMP, esto quiere decir que: Entre dos riegos sucesivos, una fraccin de capacidad total de agua del suelo, debe ser usada.CRA: Capacidad real de agua del suelo (mm.) f : Factor de disponibilidad (siempre < 1).Ing. Carlos Baca Garca

GRUPOS DE CULTIVOSfVerduras y legumbres Calabaza Cebolla Coliflor Lechuga ZanahoriaPapaFrutas y forrajes Cerezo Ciruelo Durazno Alfalfa PastizalGranos Cebada y trigo Habas MazAlgodn0,2 0,60,300,300,450,350,400,400,3 0,70,400,400,400,600,600,4 0,80,400,400,400,80Factor de disponibilidad (f) para diferentes cultivosIRRIGACION REAL NECESARIO (IRN), Lmina netaEs la cantidad necesaria de agua (REAL), que se necesita aplicar por riego.Es la cantidad de agua aplicada a un suelo en cada riego, su unidad es mm.Se puede considerar 2 casos distintos:- COMO RIEGO TOTAL: Cuando todo el agua es por riego

- COMO RIEGO SUPLEMENTAR: Con riego y precipitacin pluvialIng. Carlos Baca Garca

Comportamiento del agua disponible en el suelo con el transcurso de los das y la frmula para el clculo de la lmina neta en mm. (CC: Capacidad de campo - % de peso; PMP: Punto de marchites permanente - % de peso; Da: Densidad aparente g/cm3; z: profundidad de las races cm., f: factor de secamiento adimencional, siempre