BALANCE DE ENERGÍA RELACIONADO A REGÍMENES

TÉRMICOS DEL SUELO

M.Sc. HERNÁN CARLOS CUCHO DOLMOS

La cantidad de calor que fluye al suelo influye en su temperatura.

La temperatura del suelo y la del aire influye en el crecimiento de las plantas.

Dependen:

• Intercambio de calor que existe en el aire.

• Conducción.

• Convección.

• Intercambio de calor con el ambiente (radiación impactada, emitida)

• Flujo de calor en el perfil del suelo (conducción)

• Procesos químicos y físicos, ej. Evaporación y condensación, el vapor puede

ser evaporado o liberado.

• A estos se podría añadir el color del suelo, época del año, topografía,

etc.

°F °C60 15.570 21.180 26.690 32.2

El mantillo también influirá en la disipación e ingreso de calor al suelo, actúa como un aislante, el calor se queda en éste y no fluirá al suelo.

• La vegetación dependerá de la calidad de cama para las semillas.

• La probabilidad de daño por heladas y temperaturas extremas

también dependerá de la vegetación y de la variación de temperatura

en su parte superficial y del aire que la rodea.

PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS SUELOS

1. Conductividad térmica

2. Capacidad de calor volumétrico

3. Difusión térmica

4. Coeficiente de contacto térmico

Conductividad térmica (K)

Tasa de transferencia de calor o habilidad de una superficie para transferir

calor.

Unidad: Cal cm-1 s-1 °C-1

• Aire 0.025

• Agua hasta 20 veces mayor que el aire

• Suelo normalhasta 100 veces mayor que el aire

Agua incrementa el contacto entre las partículas de un suelo, es más fácil

transferir calor.

Suelos húmedos tienen mayor capacidad de transferir calor que uno seco

Tipo de suelo Conductividad térmica

Arena húmeda 4.35

Arena seca 0.35

Arcilla húmeda 1.40

Arcilla seca 0.25

Marga húmeda (roca) 4.25

Marga seca 0.45

Turba húmeda 0.85

Turba seca 0.20

Capacidad de calor volumétrico (Cv) – Cal g-1°C-1

• Cantidad de calor requerido para elevar la temperatura del 1 cm3 de

suelo en 1 °C

• Agua: 4.2

• Aire: 2.1

• Humus: 1.7

• Arcilla:0.9

Agua atempera el clima, almacena el calor en el día y lo emite en la

noche, ej., lagos.

• ΔT = cantidad de calor suplementado / Vol. Suelo* cap calor volumétrico

• ΔT = Q / V* Cv

A menor Cv el cambio de temperatura será mayor , entonces el

incremento de temperatura es inversamente proporcional a su Cv.

Difusión térmica (α) - m2 s-1

• Razón entre conductividad térmica y la capacidad de calor

volumétrico.

• Expresa la tasa de calentamiento de una sustancia

• Nos proporciona la tasa de cambio de la temperatura con el tiempo y

la profundidad.

Α = K /Cv

Coeficiente de contacto térmico (capacidad de contacto) - CC

• Es un fenómeno de la superficie, da la magnitud de la variación de la

temperatura en la superficie del suelo.

• Este coeficiente nos indica la eficiencia del suelo para remover el

calor de la superficie cuando hay un flujo neto de calor.

CC

• A menor CC la variación en la temperatura de la superficie del suelo

es mayor.

• Los suelos con baja K y Cv tienen temperaturas altas en su

superficie.

• En el día las temperaturas serán altas y en las noches muy frías.

• Si el CC es bajo, las plántulas en estos suelos son susceptibles de

ser dañadas por el calor y las heladas.

MODIFICACIONES DE LA TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE

Cubiertas con K y Cv más bajas que el suelo mineral que cubren

• Se incrementa la variación de la temperatura de la superficie debido a

que el calor no será transferido profundamente.

• Acentuará los cambios de temperatura, si no tienen ningún tipo de

cubierta.

• Si las cubiertas son humedecidas se podría reducir las variaciones de

temperatura de la superficie.

Cubiertas con K y Cv más altas que el suelo mineral que cubren

• Habrá una disminución de la variación de la temperatura a nivel de la

superficie del suelo.

Pueden influir en la temperatura de la superficie del suelo:

• Pendiente del suelo

• Cobertura vegetal

• Aspecto

• Efectos de sombra

• Textura de la superficie del suelo

• Vientos

• Color

PRACTICAS DE CAMPO PARA MODIFICAR LA TEMPERATURA DE LOS SUELOS

Las que reducen la conductividad térmica (K)

• Preparación del terreno excesiva, llevará a un incremento de la

porosidad del suelo, disminuyendo el contacto de las partículas, por

ende baja la K y se incrementa la temperatura del suelo en la parte

superficial o en la noche se enfría con demasiada rapidez, ej., papa.

Las que incrementan la conductividad térmica (K)

• Compactación, se reduce el espacio poroso y se aumenta la K.

• Remoción de mantillo.

• Riego del terreno, la presencia de agua incrementará el contacto

entre las partículas.

GERMINACIÓN

• Emergencia de la radícula a través de la cubierta vegetal.

• Crecimiento activo del embrión que resulta en la rotura de la capa de

la semilla

Germinación epígea• Los cotiledones emergen del suelo debido de un considerable crecimiento

del hipocótilo (porción comprendida entre la radícula y el punto de inserción de los cotiledones).

• Posteriormente, en los cotiledones se diferencian cloroplastos, transformándolos en órganos fotosintéticos y, actuando como si fueran hojas.

• Finalmente, comienza el desarrollo del epicótilo (porción del eje comprendida entre el punto de inserción de los cotiledones y las primeras hojas).

• Presentan este tipo de germinación las semillas de cebolla, lechuga, etc.

Germinación hipogea

• Los cotiledones permanecen enterrados; únicamente la plúmula atraviesa el suelo.

• El hipocótilo es muy corto, prácticamente nulo. • Luego, el epicótilo se alarga,  apareciendo las primeras hojas

verdaderas, que son, en este caso, los primeros órganos fotosintetizadores de la plántula.

• Este tipo de germinación lo presentan las semillas de los cereales (trigo, maíz, cebada, etc.), arveja, haba, etc.  

ESTRUCTURA DE LA SEMILLA

La absorción de agua por la semilla produce una serie de cambio metabólicos:

• Respiración• Síntesis de proteína• Movilización de reservas

La división y alargamiento celular en el embrión provoca la rotura de las cubiertas seminales que generalmente se produce por la emergencia de la radícula.

Muchas semillas no llegan a germinar ya que se encuentran en estado de latencia, esperando el mejor momento para germinar

FASES DE LA GERMINACIÓN

Fase de hidratación

• La absorción de agua es el primer paso de la germinación, sin el cual el proceso no puede darse.

• Existe una intensa absorción de agua por los tejidos que forman la semilla.

• Esto se acompaña por el aumento de la actividad respiratoria.

Fase de germinación• Existen transformaciones metabólicas para el adecuado desarrollo de la

plántula.• Se reduce la absorción de agua e incluso se detiene

Fase de crecimiento

• Se asocia con la emergencia de la radícula.

• Se vuelve a incrementar la absorción de agua y la actividad

respiratoria.

• FACTORES QUE AFECTAN LA GERMINACIÓN

• Intrínsecos, propios de la semilla, madurez, viabilidad, tamaño.

• Extrínsecos, dependen del ambiente, agua, temperatura y gases.

FACTORES INTRÍNSECOS - INTERNOS

Madurez de las semillas

• Si la semilla alcanzó su madurez morfológica y fisiológica.

• La madurez morfológica se relaciona al crecimiento del embrión,

también se relaciona a la deshidratación de lo tejidos que forman la

semilla.

• En la mayoría de plantas la madurez de la semilla se logra en la

misma planta.

• La madurez morfológica implica que ésta no tenga sustancias

inhibidoras de la germinación y se alcance el equilibrio hormonal.

• Generalmente la madurez morfológica y fisiológica se alcanza al

mismo tiempo.

Viabilidad de las semillas

• Es el período de tiempo en el cual las semillas conservan su

capacidad de germinar.

• Es variable depende del tipo de semilla, las leguminosas por su

cubierta seminal dura pueden durar varios años.

• La vida media de una semilla va de 5 a 20 años.

• La pérdida de la viabilidad no siempre se relaciona al agotamiento de

reservas del embrión.

• Las bajas temperaturas disminuyen el metabolismo de las semillas.

• La deshidratación también lo disminuye (2 -5 % humedad).

• La reducción de oxígeno ayuda a la conservación.

Tamaño y peso de las semillas

• Las semillas de las gramíneas y leguminosas tienen una amplia

variación en el tamaño, según la especie, variedad.

• El tamaño y sobretodo el peso de las semillas son importantes

• Semillas bien formadas y maduras tienen embriones de mayor

tamaño, endospermas con suficientes reservas

• Generalmente las semillas de mayor peso emergen más rápido que

las más livianas

FACTORES EXTRÍNSECOS - EXTERNOS

Humedad

• La entrada de agua se debe a la diferencia de potencial hídrico entre

la semilla y el medio que la rodea, este es menor en semillas secas.

• Un exceso de agua dificultaría a llegada de oxígeno al embrión

dificultando la germinación.

Temperatura

• Influye sobre las enzimas que regulan la velocidad de las reacciones

bioquímicas que ocurren en la semilla después de la rehidratación.

• Si la temperatura es muy alta o muy baja, la geminación no tiene

lugar aunque las demás condiciones sean favorables.

• Las semillas de especies tropicales suelen germinar mejor a

temperaturas elevadas, superiores a 25 ºC.

• Las semillas de especies tropicales suelen germinar mejor a

temperaturas elevadas, superiores a 25 ºC

Gases

• La mayoría de las semillas germinan bien en atmósfera normal con

21% de O2 y un 0.03% de CO2.

• Existen algunas semillas que aumentan su porcentaje de germinación

al disminuir el contenido de O2 por debajo del 20%, el arroz germina

mejor en presencia de un 8% de O2.

• La cantidad de O2 que llega al embrión disminuye a medida que

aumenta disponibilidad de agua en la semilla.

METABOLISMO DE LA GERMINACIÓN

Respiración

• El objetivo principal del proceso respiratorio es la formación de ATP y

pirimidín nucleótidos, necesarios para la intensa actividad metabólica

que tiene lugar durante la germinación.

• La semilla seca muestra una escasa actividad respiratoria,

aumentando el consumo de O2, después de iniciada la imbibición

• Fase I: Hay un rápido incremento en la respiración, que generalmente

se produce antes de transcurridas 12h desde el inicio de la imbibición.

El aumento en la actividad respiratoria es proporcional al incremento

de la hidratación de los tejidos de la semilla. El principal sustrato

utilizado es la sacarosa.

• Fase II: La actividad respiratoria se estabiliza entre las 12 y 24h

desde el inicio de la imbibición. Probablemente las cubiertas

seminales, que todavía permanecen intactas, limitan la entrada de O2.

La eliminación de la testa puede acortar o anular esta fase.

• Fase III: Se produce un segundo incremento en la actividad

respiratoria, que se asocia a la mayor disponibilidad de O2, como

consecuencia de la ruptura de la testa producida por la emergencia

de la radícula. Otro factor que contribuye a ese aumento es la

actividad de las mitocondrias.

• Fase IV: En esta última fase tiene lugar una acusada disminución de

la respiración, que coincide con la desintegración de los cotiledones,

después de que han exportado las reservas almacenadas

Movilización de sustancias de reserva

• Las semillas contienen cantidades relativamente importantes de

reservas alimenticias, que permitirán el crecimiento y el desarrollo de

la plántula hasta que ésta sea capaz de alimentarse por sí misma.

Estas reservas se encuentran en su mayor parte, formando cuerpos

intracelulares que contienen lípidos, proteínas, carbohidratos y

compuestos inorgánicos.

• Los compuestos de reserva pueden estar almacenados en el embrión

(cotiledones) o en tejidos extraembrionarios, principalmente en el

endospermo.

EspeciePorcentaje de peso seco

Carbohidratos Proteínas LípidosZea mays 70 11 5Avena sativa 66 13 8Triticum aestivum 75 12 2Brassica napus 27 28 34Pisum sativum 52 24 6

Composición química de semillas

Carbohidratos

Lípidos

• Proteínas

Acumulación de aminoácidos libres (A) y degradación de las proteínas de reserva (B) durante la germinación de semillas