AGRO 3005 - Curso General de Suelos Notas de Conferencias 2- Física de Suelos · 2015. 2. 5. · arcilla y limo en la suspension de suelos. ©2002 Prentice Hall, Inc. Pearson Education

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AGRO 3005 - Curso General de Suelos

Notas de Conferencias2- Física de Suelos

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• El suelo es un sistema trifásico que consiste de aire, agua y sólidos (inorgánicos y orgánicos) que sostiene plantas, y sirve de fuente y sumidero de sustancias orgánicas e inorgánicas.

• Agua - Incluye la solución acuosa del suelo y solutos disueltos o suspendidos en el agua

• Gas - Puede ser cualquier gas, aire del suelo es una mezcla de gases,vapor de agua

• Sólido - Mineral del suelo, materiales orgánicos (vivos o muertos)

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• Suelos se componen de partículas de diferentes tamaños. Los tamaños de las partículas se clasifican en grupos de partículas según la metodología establecida por USDA en:

• Fracción gruesa – fracción de partículas > 2mm

• Fracción fina (ver tabla 2-1 p. 18 –fracciones de las partículas). •Arenas (0.05 – 2 mm)•Limos (0.002 – 0.05 mm)•Arcillas (

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5©2002 Prentice Hall, Inc. Pearson EducationUpper Saddle River, New Jersey 07458Soils: An Introduction, 5th Edition

by Michael J. Singer and Donald N. Munns

Triangulo de textura del USDA. “Clay” = arcilla; “sandy clay” = arcillo-arenoso; “silty clay” = arcillo-limoso; “clay loam” = franco arcilloso; “sandy clay loam” = franco-arcillo arenoso; “silty clay loam” = franco-arcillo limoso; “loam” = franco; “sandy loam” = franco-arenoso; “silt loam” = franco limoso; “sand” = arena; “silt” = limo; “loamy sand” = arena-franca.



Ejemplo de tres texturas en el triangulo de textura de USDA. Utilize el triangulo para determinar la proporcion relativa de los tres ejemplos.

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Herramientas utilizadas para evaluar la distribución de las partículas. Los tamizes a la derecha se utilizan para separar fracciones mayores de 0.05 mm. El hidrómetro se utiliza para medir cantidades de arcilla y limo en la suspension de suelos.



Ejemplo de como medir textura con la mano. Este suelo tiene 60% de arcilla, 6% arena y 34% limo.

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La superficie específica aumenta a medida que el numero de particulas en un volumen de suelo aumenta.

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• El termino estructura del suelo describe el arreglo en el perfil de las partículas de arena, limo y arcilla en conjunto formando agregados que se forman por el efecto cementante de la materia orgánica, sesquióxidos, arcillas y cationes básicos. La estructura del suelo afecta la velocidad y el movimiento del agua y el aire, en parte por el tamaño y forma de los poros.

• Agregado – grupo de partículas primarias unidas por varios agentes estabilizadores. Se describen según la forma, tamaño, estabilidad etc... El tipo de agregados determina la estructura del suelo.

2-1.2. Estructura del Suelo

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• Suelos pueden ser sin estructura (“structureless”), granulado o masivo. La ausencia de estructura en un suelo puede deberse a labranza inapropiada, compactación (suelo masivo) o una textura arenosa.

• Sin estructura (masivo) – Todas las partículas están pegadas y no se observan agregados.

• Sin estructura (granulada) “single-grained” – dunas de arenas.

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• Macro agregados grandes (> 2mm)

• Macro agregados pequeños (2 – 0.250 mm)

• Micro agregados (0.250 – 0.050 mm)

2-1.3 Tamaño de los Agregados

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• La estructura puede describirse según el grado.

• Débil – Agregados son apenas distinguibles. Solamente se pueden distinguir unospocos agregados en la masa del suelo

• Moderada – Agregados son visibles, algunos se pueden coger sin romperse

• Fuerte – La mayoría de la masa de suelos se compone de agregados

2-1.4 Forma de agregados

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La forma del arreglo estructural puede ser de tipo:

• Granular – Agregados minerales que son todos los bordes son redondos (esferas). Estos se encuentran casi siempre en la superficie

• Bloque – Agregados en forma de cubos o prismas rectangulares. Usualmente se encuentra en horizonte B

- Angular y subangular (bloque)

• Prismático – Agregados en forma de prismas que son mas largos que anchos.

• Laminar (placas) – Se encuentra en horizontes compactados y en horizontes E. Parecen placas

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Diferentes estructuras de suelos: granular, bloque subangular, bloque angular, prismatico y placas.



Diferentes horizontes tienen diferente estructuras, en este caso (A) granular, (E) placas, (B) bloque, y (C) masivo.

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2-1.5. Formación de los Agregados



Modelos de agregados con los agentes cementantes. (Fuente Tisdall, J. M., y J. M. Oades. 1982. Organic matter and water stable aggregates. J. Soil Sci. 33:141–163.)

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Microagregate del tamaño del limo

Microestructura de arcilla

Residuos plantas y hongos

Materia orgánica particulata

Microagregates 20-90 and 90-250 µm

Hifas de micorrizas

Espacio poroso; polisacaridos y otrosagentes cementantes

Adaptado de Jastrow and Miller, 1997, por Y. Espinoza

Raices de plantas

Microagregate 250 µm

Modelo de formación de macro- y micro-agreagados

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Macroagregate >250 µm

Sistema de cultivo

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• Para propósitos de manejo del suelo y el agua, frecuentemente se desea saber las relaciones entre los volúmenes o masas totales de las diferentes fases. Para derivar estas relaciones se construye un modelo hipotético de suelo donde las fases se consideran unidades homogéneas en vez de estar distribuidas en pequeñas partículas y poros.

2-2. Relaciones Volumen-Masa-Aire del Suelo

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• Def. – Razón volumen-masa de una sustancia con relación al agua a 4oC. La densidad de las partículas está dada por la relación:

ρs = Ms / Vs

• Para la mayoría de los suelos minerales, (

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• Es un indicador de compactación y se define relacionando la masa sólida y el volumen total:

ρb = Ms / VT = Ms / (Vg + Vl + Vs)

• Se pueden relacionar muchas propiedades de suelos a textura pero no nos da información sobre el tamaño y distribución de los poros. La densidad aparente se aproxima a la densidad de las partículas con una compactación infinita.

2-2.2. Densidad Aparente

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Ejemplo de relaciones entre densidad aparente y crecimiento radicular para diferentes texturas.

>1.471.3945% arcilla)

>1.751.601.801.631.801.69< 1.60Areanas, arena franca

Restringen crecimiento de las plantas.

Afectan crecimiento de las plantas

Ideal

densidad aparente (g/cm3)

La arena compactada tienen mayor densidad que el suelo arcilloso por el arreglo de las partículas.

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• Valores varían entre 30 y 60% para la mayoría de los suelos.

• Se define como el volumen poroso (Vp) dividido entre el volumen total (VT) del bloque del suelo. Representa la fracción del volumen total del suelo compuesta de espacio poroso.

Vp = Vl + Vg

φ = Vp / VT = (Vl + Vg) / VT = (Vl + Vg) / (Vl + Vg + Vs)

2-2.3. Porosidad

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• Es difícil medir la porosidad directamente. Esta se puede calcular si se conocen valores de densidad aparente y densidad de partículas, por medio de:

φ = 1 - ρb / ρs

• Distribución de Poros (Ver Fig. 2-17 p. 40)

- Varía con textura, tamaño de agregados y densidad aparente.

- Macro poros: > 75µm

- Meso poros: 30 – 75 µm

- Micro poros:

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(Arriba) Curvas hipotéticas de distribución de partículas para arcilla, limo y arena. (Abajo) Macroporos tubulares un un Alfisol.

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• La mayoría de los minerales no tienen mucho color. Cuando están revestido por humus se tornan negro o marrón. Cuando están revestidos por óxidos de hierro se tornan rojos o amarillos. El color del suelo puede indicar un cambio en material parental o en el desarrollo del suelo. Puede ser moteado.

• Dentro de áreas geográficas colores más oscuros indican mayor contenido de materia orgánica. Entre áreas geográficas no es un buen indicador de materia orgánica.

2-3. Otras Propiedades Físicas de Suelos: Color, Aire, Temperatura

2-3.1 Color del Suelo

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• El color del suelo está estandarizado por medio de carta de colores Munsell. Los valores del color aparecen verticalmente en la carta y chroma (brillantez) en forma horizontal Se divide en:

-Tono “hue” – el color rojo, amarillo, azul, verde. El tono en suelos es usualmente es rojo-anaranjado-amarillo. Ej. 10R (100% rojo) � 5Y (75%

amarillo y 25% rojo).

-Valor “value”– cuan blanco o negro es; la cantidad de luz reflejada. Escala va de 0 (negro, no refleja luz) a 10 (blanco, refleja mucha luz).

-Chroma – la pureza del color (a medida que el numero de chroma aumenta, el color cambia a más brillante. Escala va de 0 a 10.

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• Dentro de cada letra el tono se torna mas amarillo y menos rojo con aumento en número – Ej. 2.5YR, 5YR, 7.5YR, 10YR � mas amarillo

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Rueda de colores demuestra los colores mas comunes de suelos.

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Carta colores Munsell

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Harney – Suelo representativo KS

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Myakka – suelo representativo Florida

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Bayamon – Suelo representativo Puerto Rico

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• La composición del aire del suelo es similar pero no idéntica al aire que respiramos• N2, • O2, • CO2, CH4• N2O, NO• H2S, So

• Rol de la humedad del suelo

• Rol de microorganismos y plantas- procesos aeróbicos- procesos anaeróbicos

2-3.2. Aire del Suelo

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• En cada localidad geográfica (latitud) ocurren variaciones diurnas en la temperatura del suelo que se juxtaposicionan sobre un promedio anual observado a aprox. 50cm de la superficie.

• Crecimiento de las plantas dependen principalmente de la temperatura del suelo.

• Dentro de una zona y sitio, las temperaturas del suelo dependerán mayormente de agua y cobertura.

• Suelos húmedos (con alta capacidad calórica y alta conductividad termal) tienden a calentarse y a enfriarse menos que suelos secos.

• Coberturas (mulches) pueden interceptar energía de radiación y pérdida de calor;

• Plásticos (claros versus oscuros).

2-3.3 Clima del suelo

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Representación gráfica de la capacidad calórica (cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura 1°C. (A) La temperatura de un objeto es facil aumentarla si la capacidad calorica es baja. En este ejemplo, la cantida de calor necesario para llegar a una temperatura dada es menor para la arena seca en comparación con el agua.

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Fluctuaciones en perfiles de temperatura en suelos. Mas información: http://www.wcc.nrcs.usda.gov



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Efecto del contenido de humedad sobre las propiedades termales del suelo (A) capacidad calórica, y (B) conductividad calórica. En (C) se demuestra el movimiento de calor con diferentes materiales.



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• Erosión y deposición son procesos naturales pero pueden ser acelerados por manejo inadecuado

• Problema tanto agrícola como ambiental

• Remoción de nutrimentos, capacidad química del suelo a retener agua y nutrimentos, profundidad del suelo

• Contaminación de aire

• Contaminación de agua

• Reducción en capacidad de retención de embalses y ríos

http://141.84.50.121/iggf/Multimedia/Hydrologie/infiltration_erosion.htm

2-4. Erosión de Suelo

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• Lluvia impacta particula de suelo (lo mas importante)– Proceso requiere rompimiento de la estructura, desprendimiento de la partícula, y

transporte de la partícula.

• Escorrentía ocurre cuando la tasa de lluvia excede la tasa de infiltración de agua en el suelo.

- Flujo laminar “sheet flow” – Ocurre movimiento de agua por laminas. No mueve agua grandes distancias.

- Erosión por canales “Rill erosion” – Flujo de agua es en forma de canales varios centímetros de ancho y profundo.

- Erosión por cárcavas “Gully erosion” – Cuando los canales se tornan muy grandes.

2-4.1. Erosión por Agua

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• Tolerancia de pérdida de suelo • Aunque cualquier pérdida de suelo es detrimental, hay valores

máximos tolerables• Valores varían de 5 a 11 Mg/ha• 11 Mg/ha corresponde a 0.9 mm/año. En 200 años = 20 cm. Con

excelente manejo esto se puede recuperar

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• Factores que afectan la erodabilidad de un suelo son: textura, estructura, materia orgánica, tasa de infiltración y permeabilidad.

Suelos derivados de loess son mas susceptibles a ser erosionados que otros. – Partículas de arena son muy grandes para ser transportadas– Partículas de arcilla se pegan y forman agregados– Importancia de materia orgánica y óxidos de hierro y aluminio

USLE o RUSLE– “Revised Universal Soil Loss Equation” – se utiliza para predecir tasas de erosión de suelos.

A = R*K* LS*C*P

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USLE o RUSLE– “Revised Universal Soil Loss Equation” – se utiliza para predecir tasas de erosión de suelos.

A = R*K* LS*C*P

A – Promedio de perdida de suelo anual de un predioR – Factor de erosión por lluvia y escorrentíaK – Índice de erodibilidadL – Factor de largo de pendiente S – Factor de ángulo de pendienteC – Factor de cobertura en el sueloP – Factor de control de erosión

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• A – Promedio de perdida de suelo anual de un predioUnidades son Mg/ha/año

• R – Factor de erosión por lluvia y escorrentía– Considera la lluvia total, intensidad y distribución temporal y se obtiene un promedio

anual– Existen mapas que demarcan las zonas– Unidades son (MJ mm)/(ha año) – Valores varian de 10 a 700

• K – Índice de erodibilidad – Significa la cantidad de suelo que se pierde por unidad de energia erosiva por la lluvia.

– Valores varian de 0.02 a 0.32Cada serie de suelo tiene un valor de K, que varían según la capacidad de almacenar agua, textura, estructura etc…factores: limo+arena fina, arena, materia orgánica, estructura, permeabilidad

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• L S – Factor de largo de pendiente y ángulo de pendienteSe calcula utilizando una ecuación y representa la razón de la perdida de suelo de un predio (x) a un predio con largo y ángulo de pendiente estándar (y)

5.094.343.482.371.6212

2.572.241.841.320.948

1.020.920.790.620.484

0.410.380.350.290.252

2001501005025

------------------------Largo de pendiente, L (metros)--------------------Angulo de pendiente (%)

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• C – Factor de cobertura en el suelo – 0 � Excelente cobertura– 1 � Muy poca cobertura (suelo desnudo)– Existen tablas que le dan un valor de C a cada condición de manejo

• P – Factor de control de erosión (terrazas, zanjas de laderas, tipo de labranza, etc..)

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Ejemplo

• Suelo franco-limoso con 4% pendiente, y largo de pendiente aproximada dce 50 m. Se asume labranza convencional y no muy poca cobertura

• R = 2550• K = 0.044• LS = 0.71• C = 1.0• P = 1.0• A = (2550)*(0.044)*(0.71)*(1.0)*(1.0) = 79.7 Mg/ha

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• Magnitud del Problema

• Proceso - Fig. 15-6, p.352

2-4.2. Erosión por Viento (p. 350 - 352)

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• Poros del suelo son los medios de conexión con agua y aire

• “Crusting” – Cuando el tamaño de los poros de la superficie se reducen o se cierran completamente. Esto puede ocurrir cuando el suelo se seca, luego del rompimiento de los agregados

• La capa dura puede variar entre 1mm a 1 cm. Partículas de arcilla se pueden mover a profundidad mayor y tapar los poros

• Implicación para riego, emerjencia de plantas, escorrentía

• Proceso – Rompimiento de agregados � rearreglar particulas �movimiento de particulas � compactar superficie. – Importancia de cationes floculantes

2-5. Degradación Física

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(A) Suelo previo al impacto por lluvias y (B) el mismo suelo despues de una lluvia de 40 mm/hr por 30 min.



(A) (B)

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• Compactación

• Ocurre cuando un peso en la superficie re-arreglar las partículas. El peso se transmite a través del suelo a una profundidad donde las partículas pueden soportar el peso. El peso total y el peso por unidad de área son los factores que determinan el comportamiento del suelo.

• Fig. 15-10, 15-11, p. 355

• Manejo- Compactar las mismas áreas del terreno- Utilizar gomas mas anchas- Evitar uso de maquinaria pesada cuando está muy húmedo- Tipos de labranza (cultivación)- Yeso promueva la floculación- Poliacrilamida (PAM)

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• Puede ser de tres tipos: cubierta, ingeniería, mecánica, prácticas de labranza

• Mejor método de control de erosión es con el uso de cubiertas, que incluye coberturas vivas y mulch

• Coberturas vivas - características del dosel de la vegetación- Incluye área foliar, orientación, textura, todas influyendo interceptando la energía cinética de las gotas

• Cobertura “mulch” – Incluye cualquier material en contacto con la superficie. Intercepta la energía de las gotas de lluvia, filtra reduce la velocidad de movimiento de agua. Para ser efectivas deben cubrir al menos 70% de la superficie

2-6. Control de erosión y degradación

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• Beneficios - Reduce la formación de capas duras.- Perdidas de agua del suelo.- Temperatura del suelo.- Mejoran infiltración.- Almacenaje de agua.

• Ejemplos –

• Tipos de Labranza- Labranza convencional

- arado de discos- arado de rotocultivador- arado de vertedera “moldboard”

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Guias generales para mejorar las propiedades físicas

• Minimizar la cultivación del terreno

• Realizar actividades cuando el suelo esté lo mas seco posible• Emplear los “mulch”

• Añadir residuos y/o enmiendas orgánicas

• Emplear rotación de cultivos

• Aplicar yeso u otras enmiendas

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- Labranza profunda – subsolador (18” – 20”).

- Labranza conservacional. - Labranza mínima – labranza superficial con un “chisel plow”;

usualmente en el área donde se siembra.- Cero labranza.

• Uso de rompevientos – para controlar erosión por viento.Ej. Árbol de neem, y caña de azúcar o caña energética.

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