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EL AGUA EN LA AGRICULTURA
1.- INTRODUCCION: AGRICULTURA
2.- SUSTENTO DE LOS CULTIVOS:
2.1.- EL SUELO.- EDAFOGENESIS
2.2.- EL AGUA
3.-RELACION SUELO – AGUA - PLANTA-
4.-SUELOS AGRICOLAS: CONCEPTOS FUNDAMENTALES
4.1.-TEXTURA Y ESTRUCTURA.- SU DETERMINACIÓN
4.2.-COMPOSICIÓN DEL SUELO
4.2.1.- FASE SÓLIDA: CONSTITUYENTES INORGÁNICOS Y
ORGÁNICOS.
4.2.2.- FASE LÍQUIDA: AGUA EN EL SUELO
4.2.3.- FASE GASEOSA: AIRE EN EL SUELO
4.3.-PARÁMETROS QUE DEFINEN LA FERTILIDAD DE UN SUELO.
4.4.-ANÁLISIS DE FERTILIDAD.
4.5.-DETERMINACIONES PRÁCTICAS: TOMA DE MUESTRAS, C.E., pH,
CARBONATOS, MATERIA ORGÁNICA, RELACIÓN C/N, SAR.
5.- EL AGUA EN LA AGRICULTURA:
5.1.-BALANCE HIDRICO
5.2.-FUENTES DE AGUA
5.2.1.-ATMOSFERICA.-FORMAS
5.2.2.-RIEGOS.-TIPOS
5.3.-CALIDAD DEL AGUA EN LA AGRICULTURA
5.3.1.-PROBLEMAS DE LA CALIDAD DEL AGUA PARA RIEGO
• SALINIDAD
• INFILTRACIÓN
• TOXICIDAD DE IONES ESPECÍFICOS
• OTROS
5.3.2.-EVALUACIÓN Y SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS DE LA
CALIDAD
5.3.3.-PARÁMETROS QUE DEFINEN LA CALIDAD DEL AGUA.
5.3.4.-SISTEMAS DE EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA
DE RIEGO.
6.-REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN RIEGOS AGRICOLAS.-
INTRODUCCION
6.1.-CRITERIOS DE CALIDAD
6.2.-REUTILIZACION
7.-CRITERIO SANITARIO PARA LA REUTILIZACION DE AGUAS RESIDUALES
DEPURADAS URBANAS EN EL RIEGO AGRICOLA Y ZONAS VERDES.-JUNTA
DE ANDALUCIA, O PARA LA COMUNIDAD AUTONOMA ANDALUZA
7.1.- ASPECTOS GENERALES
7.2.-LEGISLACION
7.3.-ASPECTOS AMBIENTALES.- EUTROFIZACIÓN.
7.4.-ASPECTOS SANITARIOS
7.5.-CRITERIOS SANITARIOS
7.5.1.-CRITERIOS GENERICOS
7.5.2.-REQUISITOS QUE DEBEN REUNIR LAS AGUAS
RESIDUALES URBANAS PARA EL RIEGO AGRICOLA Y DE
ZONAS VERDES (ANEXO 1)
7.5.3.-LOS METODOS DE ANALISIS Y LAS FRECUENCIAS
MINIMAS MUESTREO Y MEDICION
7.5.4.-CONCENTRACIONES MAXIMAS DE METALES EN LAS
AGUAS RESIDUALES DEPURADAS DESTINADAS AL RIEGO
AGRÍCOLA
8.-SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE PATÓGENOS EN LAS AGUAS RESIDUALES
URBANAS
9.-DETERMINACIONES PRÁCTICAS DE CALIDAD EN LAS AGUAS DE RIEGO:
pH, C.E., S.A.R., ALCALINIDAD, ...
EL AGUA EN LA AGRICULTURA
1.- INTRODUCCIÓN
El estudio de los suelos agrícolas se remonta a muchos siglos atrás, apareciendo
citas de prácticas agrícolas en tratados religiosos antiguos. Igualmente Platón habló de
la erosión de las colinas de Atenas. Con los romanos aparecen los primeros tratados de
agricultura y prácticas de la misma, con respuestas que hoy en día han sido confirmadas
(riego).
En otra etapa más próxima, arranca el estudio con la aplicación del método
científico. De Saussure (1804) es el precursor al determinar que las plantas absorben
CO2 y liberan O2 en presencia de la luz. Posteriormente Liebig y Boussingault estudian
el problema de la fisiología y la nutrición de las plantas, y a finales del siglo XIX
Dokuchaev presentó un trabajo sobre los Chernozems rusos, además de relacionar la
naturaleza y propiedades de los suelos dependiendo de las condiciones ambientales,
sobre todo del clima y la vegetación.
Tras procesos avanzados de investigación y estudio aparece la Ciencia del Suelo
como una disciplina aislada denominada Pedología (estudio de la formación de suelos
en función de su composición, distribución y formación por un fenómeno de
concurrencia natural). En nuestros días el estudio de los suelos queda perfectamente
definido, tanto en su composición y propiedades, como en su clasificación, aunque
como dice Richards:
El suelo es un medio de gran complejidad y la ciencia del suelo no ha progresado aún
hasta muy lejos.
AGRICULTURA.- La agricultura la define el diccionario de la Real Academia
Española como:
1. Labranza o cultivo de la tierra
2. Arte de cultivar la tierra
Analizar esta definición resulta quizás demasiado simplista, pues no se hace
mención a conocimientos científicos ni, para nuestros tiempos por su importancia,
económicos. De todos modos para el desarrollo de la Agricultura (técnica) se ha
necesitado un amplio estudio científico o investigador descansado en la Agronomía que
la podemos definir como la Ciencia que se esfuerza en descubrir las leyes de ka
producción agrícola y establecer la Teoría de la Agricultura. También trae controversias
esta definición pues sus detractores dicen que la Agronomía descansa en la Química,
Física y Biología. Aquí podríamos decir que la planta cultivada y los animales
domésticos tienen sus problemas particulares de los que la ciencia pura tradicional se
desinteresa con frecuencia, y que deben tener sus técnicas particulares, situando a las
plantas en su medio natural. De todos modos las bases científicas de la producción
descansan en parámetros como son el clima, el suelo, la luz y el Agua, elemento
esencial de la nutrición de la planta.
En el presente seminario, si bien se trata de ingeniería de aguas y reutilización
en agricultura, haremos un estudio, aunque somero, sobre la interrelación entre agua,
suelo y planta, factores y características de ellos, de tal forma que nos permitan decidir
cuando un tratamiento, labor o riego es o no posible, cuando una enmienda y cuando un
agua pueden ser utilizadas o no en agricultura.
2.- SUSTENTO DE LOS CULTIVOS
2.1. EL SUELO.-
Son muchas las formas de definir el término suelo. Hay quién lo define bajo
aspectos agrícolas diciendo de él que es el sustrato para el crecimiento de las plantas.
Otros lo definen como el continuo espacio-tiempo que forma la parte superior de la
corteza terrestre. Nosotros lo definimos como un medio dinámico en continua
evolución, o bien en términos más generales y que guardan más relación con nuestro
curso, como un lugar donde viven las plantas por lo cual diríamos, si se desarrollan
bien, que el suelo es bueno y en caso contrario diremos que el suelo es malo.
De todos modos cuando un agricultor se plantea adquirir una finca se cuestiona
en primer lugar el tipo de finca y su orientación agronómica. A partir de ahí, es el suelo
la base esencial agronómica de todo tipo de cultivo y que como vemos y repetiremos a
lo largo del curso, constituye para la planta su sustento nutritivo, su reserva de agua y su
soporte físico. De aquí que una adquisición de finca dará lugar a analizar que clase de
suelo es, si arenoso, limoso arcilloso, franco u otras combinaciones que se puedan
presentar, su orografía y topografía, si es profundo o con rocas superficiales, al igual
que parámetros que definan la fertilidad del suelo en función del cultivo que se pretenda
implantar. Antes de plantear el riego el agricultor se preocupa principalmente por la
capacidad retentiva del suelo, especialmente en la zona que ocupará la raíz de la planta,
y por el grado de captación de agua del suelo. De estos planteamientos nos marcamos
unas normas para estudiar el suelo, sus propiedades y componentes más importantes.
EDAFOGENESIS: PROCESO DE FORMACION DE UN SUELO
La GENESIS DE SUELOS estudia el modo como se ha formado un suelo,
especialmente los PROCESOS y los FACTORES FORMADORES que han actuado en el
desarrollo del suelo a partir de un material originario.
La formación de un suelo comprende un conjunto de procesos que transforman
una roca o un material en suelo.
Las fases iniciales de la edafogénesis se caracterizan por:
- un predominio de los cambios físicos y químicos, que afectan a la roca y a
sus minerales
- la acción de agentes atmosféricos
- la circulación de agua Estas reacciones se agrupan bajo la denominación de PROCESOS DE
METEORIZACION.
A medida que avanza el tiempo, empiezan a tener lugar procesos que afectan ya a
un suelo, PROCESOS EDAFOGENETICOS, y que junto con los de meteorización van
definiendo las características del suelo resultante.
El que tenga lugar un tipo u otro de procesos dependerá del material de partida
y de las condiciones del medio, es decir, de los FACTORES FORMADORES, que son
los que controlan la tendencia evolutiva: dirección y velocidad.
Los FACTORES FORMADORES están ligados a las CARACTERISTICAS Y
PROPIEDADES del suelo por medio de los PROCESOS FORMADORES.
FACTORES
FORMADORES
PROCESOS
FORMADORES
CARACTERISTICAS
DEL SUELO
Clima
Material originario
Relieve
Organismos
Tiempo
Adiciones
Transformaciones
Translocaciones
Pérdidas
Epipedión
Endopedión
Características
Componentes
PROCESOS DE METEORIZACION
La METEORIZACION se define como:
"la transformación parcial o total, isovolúmica o no, de las rocas y los
minerales de una roca in situ, sedimentos, depósito o suelo, al entrar en contacto con la
atmósfera por aflorar o estar muy cerca de la superficie, a unos pocos metros de ella".
Un concepto sinónimo de METEORIZACION es el de INTEMPERIZACION,
mientras que el de ALTERACION se reserva para transformaciones que sufre una roca o
mineral fuera del contacto con la atmósfera.
Las condiciones termodinámicas bajo las cuales se forma una roca o un mineral,
pueden diferir considerablemente de las que rigen en o cerca de la superficie terrestre, de
ahí las transformaciones que se desencadenan. El resultado será un producto más estable
en las nuevas condiciones de medio.
Como consecuencia de la meteorización cabe distinguir:
ROCA ORIGINARIA:
- Roca no afectada por la meteorización
MINERALES METEORIZABLES:
- La estabilidad de un mineral es parcialmente función del régimen de humedad del
suelo. Por lo general, al hablar de minerales meteorizables se asume que el clima es
húmedo, actualmente o lo ha sido en el pasado.
ALTERITA:
- Material con cierto grado de meteorización.
- Conserva una disposición más o menos próxima a la roca de la que procede.
No ha alcanzado una organización estructural de tipo estrictamente edáfico.
- De composición mineralógica muy variable.
- Corresponde a un horizonte C.
FRENTE DE METEORIZACION:
- Constituye el límite de la capa meteorizada (alterita) y la roca originaria.
- Puede ser gradual o abrupto, dependiendo de las características de la roca y de las
condiciones del medio.
REGOLITA:
- Capa no consolidada de material meteorizado y material edáfico, sobre una roca.
- Ausencia de materia orgánica o sólo trazas.
- Puede alcanzar varios metros y su límite inferior es el frente de meteorización.
- Un suelo es una regolita que contiene materia orgánica y es capaz de soportar
plantas.
ESQUEMA GENERAL DE LA METEORIZACION
Roca
Atmósfera
Biosfera
Hidrosfera
METEORIZACION
Resistatos Minerales
heredados
Minerales
transformados
Minerales
neoformados
Materiales solubles
FORMACION DEL
SUELO
Pérdidas por
lavado
Pérdidas por erosión
Los RESISTATOS son fragmentos de roca resultantes de la meteorización física.
El grado que alcancen las transformaciones químicas o meteorización química hace
que los productos resultantes sean:
MINERALES HEREDADOS, preexistentes en la roca
MINERALES TRANSFORMADOS, con ciertas modificaciones
MINERALES DE NEOFORMACION, formados como resultado de la
reorganización de los productos liberados en la meteorización.
Los componentes solubles, si el régimen de humedad es percolante, se perderán por
lavado, mientras que en clima mediterráneo se perderán sólo en parte y, en condiciones de
drenaje impedido, permanecerán en el sistema.
Los procesos de meteorización pueden dividirse a grandes rasgos en:
- METEORIZACION FISICA:
Consiste en la desagregación mecánica de la roca, con disminución del tamaño de
los fragmentos y aumento de la superficie de ataque físico-químico.
- METEORIZACION QUIMICA:
Transformaciones de tipo químico y mineralógico.
- METEORIZACION BIOLOGICA:
Cuando el agente de la meteorización son los seres vivos y los productos que estos
liberan.
Los procesos de meteorización compatibles con unas determinadas condiciones de
medio pueden actuar de modo simultáneo. Las características climáticas, precipitación y
temperatura, determinan fundamentalmente el predominio de uno u otro tipo de
meteorización.
METEORIZACION FISICA
Se debe a la aparición de tensiones importantes en el interior de la roca, que
provocan roturas a favor de planos de fractura o de líneas de debilidad, sin que se
produzcan cambio apreciables en la mineralogía de los constituyentes.
Atendiendo al origen de las fuerzas que provocan la disgregación de la roca cabe
distinguir:
a) PROCESOS ENDOCINETICOS:
Las fuerzas se generan dentro de la roca por:
- Efecto de descarga
- Efecto de los cambios de temperatura (termoclastia)
b) PROCESOS EXOCINETICOS:
Las fuerzas actuantes son externas a la roca y se deben a:
- Saturación por agua
- Cristalización del agua intersticial
- Cristalización de sales: halocinesis
- Efecto mecánico de animales y plantas
METEORIZACION QUIMICA
La roca en o cerca de la superficie tiende a adaptar sus componentes a las nuevas
condiciones que impone el contacto con la atmósfera, hidrosfera y biosfera de acuerdo con
el Principio de Le Chatelier.
La meteorización química se caracteriza por:
1.- son transformaciones que afectan a la composición química y mineralógica de
la roca, que dan lugar a mezclas de minerales de composición variable y compleja por
transformación y por neoformación.
2.- son reacciones sencillas, exotérmicas, lentas (de 103 a 106 años), incompletas e
irreversibles, al tener lugar en un sistema abierto.
3.- se producen compuestos intermedios y finales, cuyas características dependen
de la roca originaria, de la estabilidad de los minerales y de las condiciones del medio en
que tiene lugar la meteorización: los modelos de meteorización varían según el área
geográfica considerada, si bien existen elementos comunes entre ellos.
La meteorización química es de fundamental importancia para el desarrollo de la
fertilidad química del suelo, al posibilitar la liberación de los elementos inmovilizados en
las redes cristalinas.
La estabilidad de los minerales frente a la meteorización depende de una serie de
factores:
- energía de formación
- características del enlace químico (tipo de enlace, longitud de enlace, carga del
elemento,...)
- estructura del cristal (cristales homo o heterodésmicos, sustituciones
isomórficas,...)
- condiciones del medio (sobre todo el régimen de humedad del suelo).
Las principales reacciones químicas que tienen lugar en la meteorización son
sencillas y bien conocidas:
- Disolución - Oxido-reducción
- Hidratación - Intercambio iónico
- Hidrólisis - Complexación
- Carbonatación
a) Meteorización por disolución
Se caracteriza por:
- tener importancia en rocas solubles (yeso, halita,...). Afecta además a los
productos solubles resultantes de otros procesos de meteorización.
- depender del pH del medio, temperatura e interacción con otros iones
(efecto ión común y otros) y de la cantidad de agua que circule.
- la movilidad de los productos solubles determina la forma de proseguirse
las reacciones y, por consiguiente, los productos finales.
b) Meteorización por hidratación
Se caracteriza por:
- La incorporación de moléculas de agua, de manera que entran a formar
parte de la estructura cristalina, dando lugar a un mineral distinto (por ejemplo anhidrita --
-> yeso)
- Provocar un incremento de volumen
- Ser un proceso cuantitativamente poco importante, al ser pocos los
minerales afectados, si bien cualitativamente tiene una alta significación.
c) Meteorización por hidrólisis
Se caracteriza por:
- Consistir en la reacción entre un mineral y el agua para dar un ácido y
una base
- Afectar a los alumino-silicatos que se comportan como si fuesen sales de
un hipotético ácido silícico (débil) y una base fuerte, con lo que el catión de la sal tenderá
a ser sustituido por un ión H+. Los productos intermedios permanecerán o serán
eliminados según sea su solubilidad, con lo que habrá un enriquecimiento relativo de
alguno de los componentes. El pH, la clase de drenaje y el posible aporte de elementos en
solución condicionarán los productos.
- Afectar a un gran número de minerales, dada la abundancia de silicatos
en la corteza terrestre.
- No actuar sobre los enlaces Si-O, por lo que en muchos casos aparecerá
el SiO2 como producto final.
d) Meteorización por carbonatación
Se caracteriza por:
- Basarse en la reacción de iones carbonato o bicarbonato con los
minerales y afectar a todo tipo de rocas, si bien es fundamental en la meteorización de las
rocas carbonáticas. Los iones carbonato y bicarbonato se originan por la disolución del
anhídrido carbónico procedente de la actividad de las raíces y microorganismos, siendo de
menor importancia el aportado por las aguas de lluvia.
- Depender de la concentración de CO2, del valor del pH y de la
temperatura.
e) Meteorización por óxido-reducción
Se caracteriza por:
- Afectar a aquellos elementos que pueden actuar con diversos estados de
valencia, tales como el hierro, manganeso, azufre, entre otros. Estos elementos pueden
presentarse en forma reducida en las rocas y algunos sedimentos marinos o de estuario,
como es el caso de la pirita FeS. La oxidación puede producirse por el contacto con el aire
o por la acción de bacterias autótrofas.
- Llevar asociado un cambio de volumen, color, o formación de
revestimientos de color negruzco.
f) Meteorización por intercambio iónico
Los procesos de intercambio iónico entre las superficies de las raíces y cationes
alojados en una red cristalina en las inmediaciones de la superficie del mineral pueden
provocar una desorganización y el progresivo colapso de la estructura.
g) Meteorización por formación de complejos
La formación de complejos entre determinados compuestos orgánicos, que actúan
de ligandos y cationes metálicos, puede afectar tanto a cationes en solución como a los
alojados en las redes cristalinas en las inmediaciones de la superficie del mineral.
- La meteorización química, su velocidad y la naturaleza de los productos finales
viene determinada por diversos factores: agua, temperatura, oxígeno, anhídrido carbónico,
agentes complejantes, materia orgánica iones H+ y OH-, microorganismos, interacción
entre iones, posición en el terreno, condiciones de drenaje.
METEORIZACION BIOLOGICA
Los organismos vivos pueden desempeñar un papel muy activo en la
meteorización, tanto física como química, pudiendo destacar:
- desprendimiento de anhídrido carbónico en la respiración
- secreción de productos orgánicos activos en la meteorización
- formación de complejos y quelatos
- intervención en la movilidad de los distintos elementos
- formación de humus
- efectos mecánicos de animales y plantas
PROCESOS EDAFOGENETICOS
La formación de un suelo es el resultado de la acción combinada de muchos
procesos, integrados por una serie de reacciones y redistribuciones de materia.
Los procesos edafogenéticos que dan lugar a un suelo concreto son aquellos que
resultan compatibles con los factores formadores que prevalecen en un lugar y momento
determinados y se prolongan a lo largo del tiempo. Los factores formadores condicionan
tanto el tipo de procesos como la velocidad de cada uno de ellos.
Los procesos edafogenéticos se pueden clasificar como:
- Adiciones al suelo
- Transformaciones dentro del suelo
- Translocaciones dentro del suelo
- Pérdidas a partir de la superficie del suelo
- Pérdidas por la parte inferior del suelo
1.- ADICIONES AL SUELO
Pueden ser de:
- Agua (por la superficie, lateralmente o a partir de una capa freática)
- Energía solar - Oxígeno
- Materia orgánica: oscurecimiento
- Sales disueltas en el agua: salinización
- Polvo (eólico o volcánico)
- Materiales procedentes de la erosión, ricos en materia orgánica
(aluvionamiento y coluvionamiento)
- Materiales en la superficie del suelo por el hombre
2.- TRANSFORMACIONES DENTRO DEL SUELO
Pueden ser:
- Meteorización
- Descomposición, degradación y mineralización de la materia orgánica
- Desarrollo de estructura o maduración (en suelos con condiciones
extremas de hidromorfismo, sin desecaciones temporales siquiera, no puede
desarrollarse estructura. Al ser drenados parcialmente tiene lugar un proceso de
maduración)
- Rubefacción (deshidratación casi irreversible de los oxi-hidróxidos de hierro
liberados por la meteorización y ligados a las arcillas, motivada por una desecación
estacional. Confiere al suelo un color rojo. Es típica de la zona mediterránea. Suele ir
asociada a la iluviación de arcilla durante la estación húmeda).
- Edafoturbación (proceso general en el que los materiales del suelo sufren
cambios posicionales y efectos de mezcla. Pueden deberse a
- Comportamientos de la meso y macrofauna del suelo
- Raíces gruesas de los árboles en los efectos de caída y arranque de
materiales (bioturbación)
- Expansión-retracción de arcillas (argiloturbación)
- hielo-deshielo (crioturbación)
- Terremotos (seismoturbación)
- Compactación con horizontes subyacentes helados: formación de un fragipan
- Cementación
- Desarrollo de rasgos redoximorfos:
a) Gleificación: proceso en el que dominan las condiciones de
reducción de los óxidos de hierro que llegan a alcanzar la forma ferrosa, mediando de
ordinario la demanda de oxígeno por parte de los microorganismos. Ello se debe a la
presencia de un régimen de humedad con exceso de agua. La fácil emigración de los
compuestos ferrosos a causa de su solubilidad, puede provocar una decoloración del
horizonte afectado, así como la precipitación en forma férrica de parte del hierro allí donde
el oxígeno llegue en cantidad suficiente, al menos en algún momento del año, si existe
alternancia de condiciones aerobias y anaerobias.
b) Formación de materiales sulfurosos: la reducción de los sulfatos
puede producirse en áreas costeras, en estuarios y albuferas con aguas salobres, en zonas
con efecto mareal, con sedimentos ricos en materia orgánica y extrema gleificación. La
actividad de los microorganismos anaerobios da lugar a la formación de monosulfuros de
hierro y posteriormente bisulfuros, que pueden precipitar en forma de pirita, FeS2.
c) Formación de materiales sulfúricos: el drenaje de suelos con
materiales sulfurosos provoca su oxidación conducente a la aparición del anión sulfato. Si
este proceso tiene lugar en un sedimento rico en carbonato cálcico, el resultado será la
formación de yeso. En los demás casos se pueden formar sulfatos de hierro, de aluminio y
otros sulfatos ácidos, llamados así por su reacción extremadamente ácida, pH inferiores a
3,0, con las consiguientes consecuencias para vegetación y cultivos.
- Sodificación (incremento del PSI)
3.- TRANSLOCACIONES DENTRO DEL SUELO
Cambios de posición de materia en sentido vertical dentro del suelo. La
traslocación implica el cambio de posición de un componente, con la consiguiente
acumulación, lo que expresa la concentración de materiales en ciertos puntos o niveles en
el interior del suelo:
- Eluviación: migración descendente u oblícua de sustancias en suspensión.
Proceso de pérdida.
- Iluviación: translocación de materiales diversos de un horizonte a otro del
mismo perfil. Proceso de enriquecimiento o acumulación.
Las translocaciones pueden ser en solución o en suspensión.
a) Translocaciones en solución:
El incremento de ciertos componentes se produce tras un desplazamiento
preferentemente en solución y posterior precipitación en ciertas zonas del perfil a causa de
diversos mecanismos. Importante en climas áridos y semiáridos.
- Calcificación: acumulación de carbonato cálcico en algunos horizontes
subsuperficiales. La caliza que exista en el material originario o la que se genere se
solubiliza en forma de bicarbonatos en las estaciones húmedas. Tras su translocación,
reprecipitan ante la desecación del suelo en la estación seca, tanto por la evaporación del
agua del suelo como por la transpiración de las plantas.
- Petrocalcificación: Proceso según el cual tras repetidas redisoluciones y
reprecipitaciones de la calcita, el mineral se va purificando y cristaliza de forma continua.
Se desarrolla una cementación tal que el material ya no se deshace al sumergirlo en agua
durante un cierto tiempo.
- Gypsificación: Translocación de yeso. Menos frecuente que la
calcificación, aunque bastante frecuente en España.
- Petrogypsificación: Exige condiciones de extremada aridez. Acumulación
de yeso cementada.
- Salinización: Proceso de enriquecimiento del suelo en sales más solubles
que el yeso, por lo general cloruros y sulfatos de sodio y magnesio. Esto provoca valores
muy altos de la presión osmótica en el agua del suelo, con evidentes repercusiones sobre la
vegetación. Es un proceso que tiene lugar principalmente en zonas semiáridas y áridas, en
zonas bajas con mal drenaje. Puede ser natural o bien inducido por el hombre por un uso
inadecuado del agua de riego.
- Sodificación: Enriquecimiento en sodio intercambiable por el contacto del
suelo con soluciones de sales neutras sódicas. Suele ir acompañada de un proceso de
iluviación de arcillas sódicas, por lo que su dispersión favorece la translocación. Conlleva
una degradación de la estructura y unas condiciones físicas muy desfavorables para el
crecimiento de las plantas y la circulación del agua.
- Alcalinización: Proceso de sodificación con acumulación de carbonato
sódico. El pH adquiere valores de 9 a 11, y las condiciones del medio son muy
desfavorables.
- Formación de duripan: Acumulación en horizonte subsuperficial de sílice
cementada, generalmente ópalo o formas microcristalinas de sílice. A veces contiene
además otros cementos secundarios como carbonatos y óxidos de hierro.
- Petroferrización: Cementación de los óxidos hidratados de hierro u
oxihidróxidos, por la precipitación de los materiales ferrosos al pasar a férricos insolubles.
b) Translocaciones en suspensión:
El desplazamiento puede afectar a partículas discretas en el seno del suelo, de un
horizonte a otro en el que tiene lugar la acumulación. El transporte se realiza en suspensión
en el agua que circula a través del perfil. Los componentes afectados pueden ser arcillas,
humus, oxihidróxidos, hierro y aluminio que sean objeto de quelación.
- Argiluviación: Consiste en la acumulación de arcilla translocada. Para que
la iluviación pueda tener lugar se requiere que la arcilla esté dispersa, lo que exige una
previa eliminación de la caliza por lavado y una ligera acidificación.
- Translocación de arcillas sódicas: Un proceso de sodificación hace que las
arcillas estén dispersas, incluso en presencia de caliza en el suelo, facilitándose la
translocación.
- Queluviación: Translocación de hierro, aluminio y materia orgánica de la
parte superior del suelo, con depósito dentro del propio perfil. Tiene lugar en condiciones
climáticas diversas, de tendencia fría y húmeda, que provocan una acidificación de los
suelos.
- Podsolización: Formación de humus mor o moder, meteorización y
queluviación. Con un clima húmedo, una vegetación acidificante, formación de un
humus ácido, generalmente de tipo mor, a veces moder, y escasa actividad biológica, los
compuestos orgánicos son ácidos y complejantes. La acidez y actividad complejante
provocan la meteorización de los minerales, con liberación de sus componentes. La
complejación, con formación de quelatos solubles, posibilita la queluviación.
4.- PERDIDAS A PARTIR DE LA SUPERFICIE DEL SUELO
- Gases
- Agua (evaporación)
- Energía calorífica
- Material del suelo: erosión
- CO2 por mineralización de la materia orgánica
5.- PERDIDAS POR LA PARTE INFERIOR DEL SUELO
- Agua
- Pérdidas por lavado:
- Sales solubles
- Yeso
- Carbonatos- Ca, Mg
- Bases: acidificación
- Sílice y bases con acumulación relativa y/o absoluta de hierro y/o
aluminio
- Pérdidas de material en suspensión.
FACTORES QUE AFECTAN A LA FORMACION DE UN SUELO: MATERIAL
PARENTAL, CLIMA, ORGANISMOS VIVOS, TOPOGRAFIA DEL TERRENO,
TIEMPO O EDAD DEL SUELO.
Los FACTORES FORMADORES de un suelo determinan ciertas propiedades del
mismo.
Los factores formadores son variables independientes, en el sentido de que pueden
sufrir cambios sin interrelación. Las propiedades del suelo son función de las variables.
Además de la roca madre, el clima, los organismos vivos, la geomorfología y el
tiempo, algunos autores consideran también factores formadores la erosión, los factores
hidrológicos, la influencia del hombre, ...
MATERIAL ORIGINAL
El material original representa el estadío inicial del sistema.
Puede ser una roca consolidada, su producto de desintegración (depósito no
consolidado), sedimentos o un suelo preexistente.
Para su estudio se requieren conocimientos de GEOLOGIA (petrología y
mineralogía)
Al estudiar la formación de un suelo no sólo se debe tener en cuenta el TIPO DE
ROCA, sino también su COMPORTAMIENTO FRENTE A LOS FLUIDOS, los
PRODUCTOS a que da lugar AL METEORIZARSE y las CONDICIONES DEL MEDIO
(régimen de humedad, temperatura, condiciones de drenaje,...)
Los principales tipos de rocas se dividen en:
MATERIAL IN SITU (autóctono):
- Rocas ígneas
- Cristales gruesos (ej. granito)
- Cristales finos y vidrio (ej. riolita, basalto)
- Rocas metamórficas
- Laminares (ej. pizarra, esquisto, neis)
- No laminares (ej. cuarcita, marmol)
- Rocas sedimentarias
- Clásticas (ej. arenisca)
- Precipitados (ej. caliza, dolomia)
- Evaporíticas (ej. yeso, sales)
MATERIAL TRANSPORTADO Y DEPOSITADO (alóctono)
MATERIALES ALUVIALES Y COLUVIALES
DEPOSITOS GLACIARES
SEDIMENTOS LACUSTRES Y MARINOS
CENIZAS VOLCANICAS
El material original sufre un proceso de desintegración física y química.
Desintegración física: como ejemplo, las rocas más resistentes son las calizas, sigue
la pizarra micácea y después las areniscas.
Desintegración química: como la causada por la acción de agua carbonatada. Sobre
rocas pulverizadas se cumple el siguiente orden: basalto se descompone más que neis y
ésta más que granito.
Un mismo tipo de roca que evolucione bajo distintas condiciones de medio puede
dar lugar a suelos con distintas características, mientras que diferentes rocas bajo un
mismo clima suficientemente enérgico y con una acción prolongada pueden dar lugar a
suelos análogos.
A pesar de ello, se pueden establecer algunas grandes líneas con las relaciones
entre el tipo de roca y el material resultante. Por ejemplo
- Rocas ígneas tipo granito, para climas no muy húmedos, de poca
desintegración, dan lugar a suelos con buena estructura física, con tendencia arenosa. Con
régimen de humedad percolante dan suelos ácidos.
- Basalto (roca ígnea) y cenizas volcánicas básicas dan suelos con tendencia
arcillosa, de color rojo oscuro a pardo oscuro, de elevado contenido en hierro. Con estación
seca dan arcillas esmectíticas. Con régimen percolante dan caolinita.
- Los esquistos (rocas metamórficas laminares) dan lugar a suelos con
tendencia arcillosa, con arcillas micáceas y vermiculitas. Con estación seca dan
Esmectitas.
- Cuando se trata de rocas sedimentarias, la mayor importancia estriba en la
permeabilidad de la roca para el agua:
Cuando las rocas son de material grueso el agua filtra tan
rápidamente que la desintegración química es casi nula y el clima del suelo es pseudoárido.
Igual ocurre cuando la velocidad de percolación es pequeña y las plantas toman toda el
agua sin que ésta pueda penetrar hacia el interior.
Con material original de arena fina o limo el clima del suelo es
húmedo y el suelo se desarrolla de una manera relativamente rápida.
TIEMPO
Una roca compacta en la cual no existe vegetación alguna y los minerales que la
constituyen presentan sus características microscópicas y químicas inalteradas no es un
suelo.
A medida que pasa el tiempo, la roca se desmenuza, se desintegra física y
químicamente, se producen lavados y precipitaciones, existen diferenciaciones en
profundidad y desaparición de determinadas sustancias. El suelo se forma.
Estrictamente hablando, un suelo se forma inmediatamente después de que la roca
se ponga en contacto con los agentes atmosféricos. Este suelo primario tendrá unas
características que evolucionarán con el tiempo y el suelo se desarrolla más y más.
La edad de un suelo expresa el tiempo durante el cual han actuado los procesos
formadores.
Dependiendo del grado de madurez de un suelo se puede distinguir:
- Suelo bruto
- Suelo joven (sólo ligeramente desintegrado)
- Suelo no maduro (sólo moderadamente desintegrado)
- Suelo semimaduro (considerablemente desintegrado)
- Suelo maduro (completamente desintegrado)
Según algunos autores, un suelo se considera maduro cuando el perfil se ha
desrrollado en toda su integridad.
Según otros, lo es cuando está en equilibrio con el ambiente (hay que especificar
qué propiedades del suelo se van a considerar:
- acidez del suelo
- contenido en carbonato cálcico
- contenido en materia orgánica
- capacidad de cambio de bases
- magnitud de los distintos horizontes
- ausencia de percolación de agua
TOPOGRAFIA
Al hablar de TOPOGRAFIA como factor formador del suelo, nos estamos
refiriendo a la configuración del paisaje.
Los tipos básicos que podemos distinguir son : plana, ondulante, de colinas,
montañosa.
La topografía es más importante en fenómenos de truncamiento de perfiles (erosión
en grandes pendientes) o de traslocación de horizontes (acumulaciones en depresiones),
que no son fenómenos formadores del suelo, que en estos.
Como agente formador, la topografía influye por ejemplo permitiendo que el agua
pueda penetrar a mayor profundidad en suelo llano, con lo cual el perfil se desarrolla más.
También influye en el nivel del agua subterránea, y éste en la formación del suelo.
Por regla general, la profundidad de la capa de suelo es mayor en superficie plana
que en inclinada.
ORGANISMOS
Se pueden distinguir varios grupos de organismos:
- microorganismos
- vegetación
- animales
- hombre
MICROORGANISMOS
Se consideran por su facilidad de dispersión y transporte.
VEGETACION
Hay controversia sobre si la vegetación es una variable independiente como factor
formador del suelo, o dependiente del clima, situación y el mismo suelo.
Sólo se considera factor formador en casos de establecimiento artificial, o con
asociaciones de bosque y pradera, en los que influye en la retención del agua con el lavado
dependiente de ella, naturaleza de la materia orgánica,...
ANIMALES PEQUEÑOS
Transportan sustancias de unos horizontes a otros, y sus excrementos dan lugar a
formas de humus y complejos húmico-arcillosos.
HOMBRE
Mediante prácticas de cultivo, irrigación, cosechas...
CLIMA
Tradicionalmente ha sido el factor formador de mayor importancia.
Debido a su complejidad, para su estudio nos centraremos en dos conceptos
relativos al clima:
HUMEDAD
TEMPERATURA
La humedad, a su vez depende simultáneamente de la precipitación y de la propia
temperatura. Para una misma precipitación, a mayor temperatura menor humedad.
En líneas generales, un aumento de humedad supone
- aumento de materia orgánica
- aumento de nitrógeno
- empobrecimiento de sales en las partes superiores del suelo con lavado de metales
alcalinos y alcalino-térreos
- desaparición del horizonte de carbonato cálcico
- formación de un horizonte de enriquecimiento en hierro
- aumento de cuarzo como mineral poco erosionable
- aumento de la cantidad de arcilla formada a partir de los productos de
desintegración de las rocas
- aumento de la capacidad de saturación del complejo de cambio, si bien a partir de
un determinado grado de humedad parte de los cationes cambiables son reemplazados por
el hidrógeno, con lo que aumenta la acidez.
- aumento de la razón sílice-aluminio en la composición de las arcillas (en regiones
frías) y lo contrario en países cálidos.
El aumento de acidez y la profundidad del horizonte de carbonatos son dos de las
características que se ven más rápidamente afectadas.
La forma en que la temperatura afecta a la formación del suelo se basa en la regla
de Vant' Hoff, que indica que "un aumento de 10º C de la temperatura duplica la velocidad
de reacción".
También es importante considerar que el grado de disociación del agua aumenta
con la temperatura, por lo que los ataques hidrolíticos de la desintegración química
dependen en gran medida de ésta.
En líneas generales, un aumento de la temperatura supone:
- un aumento de la profundidad del perfil
- suelos de color rojizo
- mayor lavado de bases como consecuencia de una mayor desintegración, si bien
en regiones áridas puede haber un aumento de sales solubles en la superficie al evaporarse
en ésta el agua subterránea ascendente.
- disminuye la cantidad de nitrógeno y de materia orgánica
- aumenta la cantidad de arcilla formada.
Estas variaciones indicadas para la temperatura y humedad pueden venir influidas
entre sí o por otros factores formadores del suelo.
Existen expresiones matemáticas que intentan describir la acción de ambas
conjuntamente (es decir, del clima) sobre diversos parámetros como el contenido de
nitrógeno o de arcilla. 2.2. EL AGUA.-
En este apartado vamos a hacer una somera descripción del agua como sustento
del cultivo dado que en apartados posteriores de nuestro seminario hablaremos de la
misma bajo los aspectos de los tipos de agua que nos encontramos en el suelo y
posteriormente el agua que se aporta a los cultivos.
El agua constituye, por medio de las disoluciones del suelo, el elemento esencial
de la nutrición de las plantas y generalmente es el compuesto más abundante en la
planta viva, llegando a constituir hasta un 90 %, proporcionando turgencia y rigidez a
los tejidos y los órganos.
Es el factor más limitante para la agricultura, y es indispensable para el
crecimiento y el desarrollo de la planta, si bien el agua lo único que hace es circular por
el interior de la planta, escapando después por la transpiración, estimándose que sólo un
1,5 % queda en el vegetal formando parte de las células y los tejidos.
3.- RELACIÓN SUELO-AGUA-PLANTA.
Estudiaremos aquí la relación existente entre el suelo, la planta y el agua, las
propiedades físicas y químicas de los suelos, las características de las raíces de las
plantas y las formas en que estas consumen la humedad, y por último, el agua
consumida o agua de evapotranspiración (el agua formada por la de transpiración de la
planta más la del desarrollo de la misma, más la evaporada del suelo, más la de
precipitación interceptada por el follaje).
La transpiración es el proceso por medio del cual la planta toma el agua del
suelo, la cual circula a través de la planta hacia las hojas y se pierde en la atmósfera en
forma de vapor. Para el riego, la humedad consumida durante el crecimiento de la planta
y la que se conserva en la misma son tomadas en consideración. La evaporación del
suelo no se incluye en la transpiración, pero si se considera como elemento de desgaste.
La transpiración se presenta en su mayor parte en las hojas de la planta, aunque
una pequeña porción de la humedad perdida proviene de los tallos más jóvenes. Aquélla
tiene lugar, generalmente, durante las horas del día, y solamente en un 5 al 10 por ciento
durante la noche. El grado de transpiración es mas bajo antes de salir el sol y llega a su
máximo poco antes del mediodía. La transpiración representa una parte importante del
agua de desgaste en un cultivo.
Algunos de los factores que afectan el grado de la transpiración son la humedad
disponible del suelo, la clase y densidad del crecimiento de la planta, la cantidad de luz
solar, la temperatura y la fertilidad del suelo. En el verano, cuando soplan los vientos
cálidos, la transpiración puede presentarse con mayor rapidez que la humedad que debe
absorber la raíz, aunque el suelo contenga un gran suministro de humedad. Cuando esto
sucede la planta, se marchita.
La evaporación es la dispersión del agua en forma de vapor de la superficie del
suelo a la atmósfera. Hay factores que afectan a la evaporación como la naturaleza de la
superficie y la diferencia en la presión de vapor según la temperatura, el viento y la
presión atmosférica. Para el cálculo del agua de consumo se incluye tanto la
evaporación de la superficie del suelo como el agua interceptada por el follaje.
En terrenos de riego, las frecuentes aplicaciones superficiales influyen en la
pérdida de agua por evaporación. Si se hacen menos, pero más fuertes aplicaciones, la
superficie se moja con menos frecuencia y el agua penetra a mayor profundidad en el
suelo. Esto representa mayor proporción de agua aprovechable por la planta. En los
pastizales se reduce la evaporación no solamente porque las plantas transpiran en mayor
proporción sino porque sombrean el terreno.
La textura del suelo afecta a la evaporación. El índice de la misma es mas alto en
suelos en los que el proceso capilar del agua a la superficie es rápido. Inversamente la
evaporación no es tan alta en los suelos en los que el agua se infiltra con facilidad. Los
vientos fuertes, altas temperaturas y bajo grado de humedad provocan por lo general un
alto grado de evaporación cuando hay suficiente humedad en la superficie del terreno.
Después del riego, la evaporación de la superficie del terreno es alta mientras las
capas superiores estén saturadas, la proporción es casi igual a la de una superficie de
agua a la misma temperatura. Al agotarse la humedad de las capas superiores, se reduce
rápidamente la evaporación. El grado de evaporación entre uno y otro riego depende, en
cierto modo de la labranza, del cultivo y de la cobertura del cultivo con paja y estiércol
así como la textura del suelo, las condiciones climáticas, tipo de cultivo, grado de
crecimiento, método, frecuencia y profundidad del riego. Al crecer la planta aumenta el
sombreado y disminuye progresivamente el grado de evaporación
4.- SUELOS AGRÍCOLAS: CONCEPTOS FUNDAMENTALES.
4.1. TEXTURA Y ESTRUCTURA.- SU DETERMINACIÓN.
Las propiedades físicas más importantes que definen a un suelo son su textura y
su estructura.
TEXTURA.-
Podemos definir la TEXTURA como la distribución de los tamaños de las
partículas de un suelo, que pueden estar formadas por fragmentos de roca de más de 1 m
hasta partículas menores a 10-6 m.
Algunas partículas se hallan completamente separadas, mientras que otras se hallan
asociadas o unidas entre sí, formando lo que se llaman AGREGADOS. En la mayoría de
los suelos existen ambos tipos de partículas en mayor o menor proporción.
Las características de estos materiales están íntimamente relacionadas con su
tamaño.
Existen partículas más o menos gruesas que tienen una analogía casi total con el
material del que proceden, habiendo sufrido sólo los procesos formadores físicos
(pulverización del material original), sin alteración química de la roca. Constituyen las
llamadas FRACCIONES GRUESAS: PIEDRAS, GRAVAS y ARENAS. Se caracterizan
por su escasa actividad físico-química. Su naturaleza dependerá genéticamente del material
original. Pueden considerarse como reserva mineral.
Otras partículas han sufrido una mayor transformación e incluso no se puede
reconocer su parentesco con el material primario. Son partículas con una mayor actividad
físico-química, debido a su menor tamaño y mayor superfice activa por unidad de
volumen, y constituyen las FRACCIONES FINAS: LIMOS y ARCILLAS.
Atendiendo al tamaño cabe distinguir
ELEMENTOS GRUESOS Diámetro aparente > 2 mm
bloques
cantos
grava gruesa
grava media
gravilla
25 a 60 cm y más
6 a 25 cm
2 a 6 cm
0,6 a 2 cm
0,2 a 0,6 cm
TIERRA FINA Diámetro aparente < 2mm
arena
limo
arcilla
Uno de los estudios más sencillos a realizar sobre las partículas minerales del suelo
es la determinación de la granulometría.
La GRANULOMETRIA expresa las proporciones relativas de las distintas
partículas minerales inferiores a 2 mm agrupadas, tras la destrucción de los agregados, por
clases de tamaños en FRACCIONES GRANULOMETRICAS. El procedimiento analítico
utlizado se llama ANALISIS MECANICO o GRANULOMETRICO.
La granulometría es una de las características más estables de un suelo y de ella se
pueden inferir muchas propiedades y características directamente relacionadas con el uso y
comportamiento del suelo (capacidad de retención de agua disponible para las plantas,
facilidad para la circulación del agua, facilidad para el laboreo, riesgo de formación de
costra superficial, riesgo de erosión hídrica o eólica, capacidad para almacenar nutrientes,
orden de magnitud de la superficie específica, plasticidad...)
Para separar las distintas fracciones granulométricas, arcilla, limo y arena, se hace
necesario establecer previamente los límites entre cada una de ellas. Los criterios son un
tanto arbitrarios y dependen de los objetivos perseguidos. Los más comunes son los
propuestos por Atterberg, adoptados por la International Society of Soil Science (ISSS) y
los del United States Department of Agriculture (USDA).
Las distintas fracciones granulométricas establecidas son:
FRACCIONES Granulometría
Sistema Denominación Diámetros aparentes µm
USDA Arena gruesa
Arena fina
Limo
Arcilla
500 < Ø < 2000
50 < Ø < 500
2 < Ø < 50
Ø < 2
ISSS Arena gruesa
Arena fina
Limo
Arcilla
200 < Ø < 2000
20 < Ø < 200
2 < Ø < 20
Ø < 2
El límite de 2 mm para los elementos gruesos es debido a que a partir de este
tamaño las fuerzas de unión actúan difícilmente y las partículas se mantienen siempre
separadas sin cohesión, incluso si están húmedas.
El límite de 200 µm para la arena fina ISSS es debido a que por debajo de este
tamaño los granos de los minerales formadores de las rocas se presentan separados.
El límite de 2 a 50 µ USDA para el limo es debido a que las partículas
comprendidas entre estos valores confieren, cuando predominan, unas características
físicas desfavorables al suelo:
- inestabilidad estructural
- apelmazamiento
- susceptibilidad a formar costra superficial
- deficiente movimiento del agua
- ...
El límite de 2 µm para la arcilla es debido a que a partir de este tamaño las
partículas presentan una importante carga eléctrica superficial y superficie específica
elevada, características que se acentúan a partir de los 0,2 µm añadiéndose el
comportamiento coloidal.
Las propiedades de las diversas fracciones se deducen de un modo inmediato de
sus dos características más definidas: TAMAÑO y CONSTITUCION.
Los constituyentes mayores del suelo, PIEDRAS Y GRAVAS, debido a sus
tamaños, funcionan como partículas independientes. Las piedras o guijarros poseen un
diámetro de 5 a 2 cm, y las gravas entre 2 y 0,2 cm. Pueden ser más o menos redondeadas,
angulosas o aplastadas, y presentan sólo una reducida influencia sobre las propiedades
agrícolas del suelo. Pueden constituir, en algunos casos, una reserva de elementos
nutritivos a largo plazo, y si son suficientemente porosas, son útiles para conservar cierta
cantidad de humedad, que vuelven a ceder parcialmente a las partículas más finas cuando
éstas se desecan. En general, se considera que su presencia en el suelo es más negativa que
positiva, puesto que reducen la capacidad nutritiva del mismo al disminuir el volumen de
tierra que se pone a disposición de la raíz de la planta. En el examen práctico y valoración
de un suelo sobre el terreno, no entran en el análisis granulométrico, ya que sus cantidades
son valoradas por separado.
Las ARENAS pueden presentar también formas diversas: redondeadas o angulares,
dependiendo de la erosión recibida. Carecen de plasticidad y tenacidad. Su capacidad de
imbibición es casi nula y, debido a los grandes espacios entre sus partículas, el agua pasa
rápidamente a su través. Los suelos en los que predomina la arena poseen un buen drenaje
y aireación. Facilitan también los cambios de temperatura, y por ello los suelos muy
arenosos se calientan y enfrían muy rápidamente. Cuando están constituidas por minerales
fácilmente alterables, pueden ser una modesta fuente de elementos nutritivos; pero en la
mayor parte de los casos, los suelos arenosos son poco fértiles. Bajo el punto de vista
mineralógico se pueden considerar compuestas de fragmentos de rocas o minerales,
particularmente de cuarzo, feldespatos y micas, que son residuos menores en la
degradación de la roca madre. Residuos de caliza y concreciones ferruginosas se hallan
también comúnmente revistiendo a estas partículas.
Los LIMOS pueden considerarse como partículas de arenas microscópicas en las
que el cuarzo es el mineral dominante, y en menor proporción también se encuentran
pequeños fragmentos de feldespatos, micas y óxidos e hidróxidos de hierro. Poseen ya una
cierta plasticidad, cohesión y propiedades adsorbentes, debido a las partículas de arcilla
que suelen llevar adheridas. Los suelos en los que esta fracción predomina, si bien tienen
una fertilidad química aceptable, presentan el inconveniente de su gran impermeabilidad.
Por esta última razón, el limo no es un constituyente apropiado para el suelo, a menos que
junto a él se encuentren cantidades suficientes de materia orgánica, arenas y arcilla.
Las ARCILLAS confieren al suelo características muy importantes, tanto del punto
de vista químico como en lo concerniente a sus propiedades físicas. Debido a su estado
coloidal, la arcilla absorbe considerable porcentaje de agua, con notable aumento de
volumen, mientras que al secarse recupera su volumen primitivo, contrayéndose y
apareciendo grietas. También son importantes sus propiedades adhesivas, relacionadas
directamente con la tensión superficial del agua que se encuentra en las partículas. Presenta
una energía de retención de la humedad alta. En lo que se refiere al aspecto químico, su
fertilidad química es alta, siendo la fracción arcillosa la más rica en P2O5, en K2O y a veces
en CaO
Consecuencia de las características expuestas para estos componentes no coloidales
del suelo, puede afirmarse, al hacer un examen comparativo, que el área superficial, poder
adsorbente, plasticidad y calor de humedad, aumentan al pasar de las gravas a las arcillas, a
través de las arenas y los limos.
En cuanto a su composición, el cuarzo y los silicatos primarios (feldespatos y
micas) predominan, por este orden, en las arenas, y tienden a disminuir en la fracción del
limo; los óxidos de hierro y aluminio suelen ser predominantes en los limos y en las
arcillas de menor tamaño. Finalmente, en la fracción arcilla, los silicatos secundarios
(caolinita, ilita y montmorillonita) son sus constituyentes mayoritarios.
El establecimiento, mediante el análisis mecánico, de las distintas fracciones
granulométricas que constituyen el suelo, permite conocer el nombre de su TEXTURA o
CLASE TEXTURAL a la que pertenece, dato éste importante por ser uno de los primeros
que debe conocer el agricultor.
La TEXTURA es una expresión sintética de las características del suelo
dependientes del tamaño de las partículas.
La determinación de la TEXTURA puede realizarse mediante un ensayo
organoléptico en el campo.
Al establecer las distintas CLASES TEXTURALES se ha buscado agrupar
aquellos suelos con análogo comportamiento frente al agua y la respuesta de las plantas.
Al establecer los NOMBRES DE LAS CLASES TEXTURALES se ha querido
dejar patente que la acción de ciertas fracciones es más acentuada que la de otras, a
igualdad de porcentaje, para determinar las propiedades del suelo y el comportamiento del
agua y de las plantas.
Para representar las distintas clases texturales se han construido los denominados
TRIANGULOS DE TEXTURA.
De acuerdo con los criterios USDA, con tan sólo un 20 % de arcilla, la
denominación de la clase textural incluye ya la calificación de "arcilloso" (franco-arcilloso-
arenoso). Un horizonte no pasa a denominarse "limoso" (arcillo-limoso) hasta alcanzar un
40 % de limo, mientras que se requiere un 44 % de arena para que se manifiesten
propiedades derivadas de la presencia de esta fracción, que sólo se hacen claramente
patentes a partir de un 70 % de arena, en la clase arenoso-franca.
En aquellos casos en que se utilicen los criterios ISSS para establecer los límites,
las clases texturales se determinan utilizando el correspondiente triángulo.
La expresión "textura ligera", por suelo "ligero" o de textura arenosa en el
horizonte que se labra, hace referencia a que por la baja cohesión resulta fácil de labrar, y
nada tiene que ver con la masa por unidad de volumen. Análogamente, la opuesta de
"textura pesada" o suelo "pesado" expresa que el suelo, por su fuerte cohesión en seco y
alta plasticidad en húmedo, se labra con dificultad. Ambas expresiones, por inexactas,
deben evitarse.
Los suelos de textura fina tienen las siguientes características:
- Gran poder de absorción de elementos nutritivos
- Capacidad de intercambio catiónico alta
- Fertilidad química alta
- Gran capacidad de retención de agua disponible para las plantas
- Difíciles de trabajar
- Poco permeables al aire y al agua si no tienen buena estructura
- Muy compactos
- Dificultad a la penetración de las raíces
- Gran inercia térmica
Los suelos de textura gruesa tienen las siguientes características:
- Excelente permeabilidad para el aire y el agua
- Poco compactos
- Fáciles de trabajar
- Poca capacidad de retención de agua disponible para las plantas
- Los elementos nutritivos son lavados fácilmente
- La materia orgánica es destruída más rápidamente
Los suelos de textura media (francos) gozan de características intermedias, por lo
que en general reúnen las ventajas de ambos.
Merecen especial mención los suelos limosos, cuya textura es poco ventajosa, ya
que carecen de materiales finos de propiedades coloidales. Además, las partículas de limo
son lo suficientemente finas como para que se apelmacen, haciendo difícil la aireación y
circulación de agua.
También deben considerarse en la textura la materia orgánica y la caliza, siempre
que se alcancen valores importantes.
DETERMINACIONES ANALITICAS
La determinación aproximada de la clase textural como ensayo previo se puede
realizar al tacto (Ensayo organoléptico):
Un puñado de suelo se toma con la mano y se humedece poco a poco hasta
que sea posible amasarlo y formar una bola. Por el tacto se aprecia la
presencia de arena fina o gruesa, la presencia de limo (partículas suaves) y
la de arcilla (adhesividad y plasticidad). Mediante la formación de bola y
cordón se puede determinar la textura.
En laboratorio se puede realizar el análisis granulométrico de forma más precisa:
El ANALISIS GRANULOMETRICO consiste en un proceso de
segregación de partículas individuales agrupadas en fracciones. Para que
las partículas estén separadas es necesario destruir los ligandos que las
mantienen unidas formando agregados. El proceso a seguir es el siguiente:
a) Muestreo del suelo natural
b) Secar al aire
c) Tamizar a 2 mm (tierra fina)
d) Destruir la materia orgánica por ataque con H2O2
e) En la fracción mineral resultante, dispersar las arcillas añadiendo un
dispersante químico (hexametafosfato sódico)
f) Las partículas individuales y dispersas se separan en las distintas
fracciones por medio de tamizado (fracciones gruesas) y sedimentación
(fracciones finas).
- La sedimentación en líquido en reposo se rige por la ley de Stokes, que estudió la
sedimentación de partículas esféricas en un medio viscoso. Experimentalmente
descubrió que la resistencia que ofrece un líquido a la caída de una partícula
esférica rígida varía con la circunferencia de la esfera, y que es proporcional a la
viscosidad η y a la velocidad de caída. Mediante las expresiones para las fuerzas
de caída, empuje y rozamiento, llegó a la siguiente expresión para la velocidad de
sedimentación:
rk=r-
g9
2=v 22
η
ρρ ′
en la que g es el valor de la gravedad en cm/s2, ρ y ρ' son las densidades del sólido
y líquido, respectivamente, η es la viscosidad del líquido y r el radio de las
partículas. Para un mismo líquido, sólido, lugar y temperatura, la velocidad sólo
depende del radio de las partículas y todas las demás constantes se engloban en k.
Esta expresión presenta ciertas limitaciones:
a) La composición mecánica del suelo será diferente según si se destruyen
o no los agregados.
b) La naturaleza de las partículas muestra como éstas pueden ser de
diversas formas pero casi nunca esféricas, por lo que habrá que suponer un
radio equivalente, y que sus densidades pueden ser diferentes, por lo que
habrá que tomar una densidad media.
- La velocidad de caída de las partículas una vez asumidos todos los
inconvenientes, corresponde a un movimiento uniforme. El fundamento del
METODO DE LA PIPETA sería, para una altura dada (profundidad del pipeteado)
calcular el tiempo que debe transcurrir para que partículas de diámetro aparente
igual o inferior a 2r sean las únicas que estén sedimentando a dicha altura. Con ello
se consigue muestrear las partículas según su tamaño, evaluando su cantidad
mediante secado y pesado.
- El METODO DEL DENSIMETRO DE BOYOUCOS se basa en la medida de la
densidad de la suspensión, que está relacionada con la concentración de partículas
en la misma para unos tiempos dados.
ESTRUCTURA DE LOS SUELOS: POROSIDAD, DENSIDAD APARENTE.-
Se llama ESTRUCTURA DEL SUELO a la forma en que se unen las distintas
partículas minerales, constituyendo los AGREGADOS, y a la disposición de estos
agregados entre sí.
Estos agregados son en realidad las unidades estructurales y pueden tener formas y
tamaños muy variados.
Los agregados se forman mediante la unión de partículas más o menos gruesas
(arena y limo) que actúan a modo de esqueleto, con partículas finas (arcilla y humus), que
sirven como cemento de unión. En principio se pensaba que las partículas tenían forma de
esferas pequeñas, pero cuando se utilizaron microscopios potentes se observó que su forma
redondeada se debía a una película de agua y otras sustancias, que envolvía la partícula con
aristas. Esta película es la que hace las funciones de cemento y une varias partículas para
formar un agregado.
Porosidad
Entre todas las partículas, tanto minerales como orgánicas, y tanto formando parte
o no de los agregados, quedan espacios libres más o menos grande, a los que llamamos
POROS.
Al conjunto de todos los poros en el suelo, es decir, a todo el volumen que queda
libre, es a lo que llamamos POROSIDAD.
Dentro de los espacios o poros del suelo podemos distinguir entre los
MICROPOROS, espacios muy pequeños, microscópicos, que quedan entre las partículas
finas, y los MACROPOROS, o espacios mucho mayores que quedan entre los agregados y
partículas gruesas.
Así, la porosidad de un suelo puede dividirse en MACROPOROSIDAD y
MICROPOROSIDAD. La suma de ambas es la porosidad total del suelo.
La verdadera diferencia entre la macroporosidad y la microporosidad estriba en su
diferente eficacia para participar en los procesos de transferencia de fluidos.
El límite entre ambas se suele fijar en un diámetro aparente de 30 a 60 µm.
La geometría de los huecos y de sus interconexiones es la que controla el
comportamiento del agua.
El espacio de huecos o porosidad está ligado a la estructura de cada horizonte. Por
ello constituye una medida indirecta de la misma.
Densidad aparente
Para calcular la porosidad total del suelo es necesario conocer la DENSIDAD
REAL y la DENSIDAD APARENTE del suelo.
La DENSIDAD REAL (ρs) corresponde a la densidad media de la fase sólida o
densidad de las partículas.
Para un horizonte dado, la DENSIDAD REAL será practicamente constante a lo
largo del tiempo, al ser independiente de la estructura y variar poco la naturaleza de las
partículas.
El valor de la densidad real media de las partículas minerales del suelo es de 2650
kg/m3 (peso por unidad de volumen de las partículas, sin considerar los espacios entre
ellas).
La densidad real puede hallarse por el método del frasco o del picnómetro:
Se conoce el peso del suelo P y se divide por su volumen real (peso de un
volumen igual de agua) que es igual al peso del suelo P más el del frasco lleno de agua P',
menos el del frasco que contiene suelo saturado de agua P''.
La DENSIDAD APARENTE ρb de un suelo es su densidad (peso por unidad de
volumen) en las condiciones naturales en que se encuentra, es decir, incluyendo los
espacios entre las partículas.
La DENSIDAD APARENTE tiene interés desde el punto de vista del manejo del
suelo, ya que informa sobre la compactación de cada horizonte y permite inferir las
dificultades para la emergencia, el enraizamiento y la circulación del agua y aire.
Los valores de la densidad aparente varían con la textura y la estructura del suelo.
Así, se pueden tomar los siguientes valores medios:
Para suelos arcillosos: 1,2 a 1,3 g/cc
Para suelos arenosos: 1,4 g/cc
Para suelos limo-arenosos: 1,6 g/cc
El conocimiento del valor de la densidad aparente resulta indispensable para referir
a un volumen de suelo en el campo, los resultados de los análisis de laboratorio.
La densidad aparente es un dato del que, con frecuencia, se dispone para los
distintos horizontes de un suelo, por la relativa facilidad con que se puede determinar,
incluso si sólo se cuenta con el apoyo de un laboratorio muy básico.
El valor de la densidad aparente presenta limitaciones importantes, ya que no
proporciona información acerca del tamaño de los huecos, ni sobre la conexión entre ellos,
ni sobre las fuerzas que han dado lugar a una estructura específica. Estos aspectos son
importantes para poder predecir el movimiento del agua en los poros del suelo.
La densidad aparente se puede determinar por el método del cilindro:
Se utiliza un cilindro de paredes delgadas y rígidas, con borde biselado
hacia el exterior, aproximadamente de unos 100 cm3. Se toma la muestra clavando el
cilindro en el horizonte a estudiar, teniendo la precaución de no compactar la muestra al
insertarlo. Se pesa la muestra correspondiente a ese volumen.
La porosidad se calcula con la siguiente fórmula:
Porosidad total (%) = {Densidad real - densidad aparente}x100/ Densidad real
CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA
La estructura del suelo queda definida por el grado de agregación de las
partículas, por el tamaño y por la clase o forma de los agregados.
a) GRADO DE PEDIALIDAD
- Sin estructura o granular simple: las partículas se mantienen sueltas y sin unirse.
No es posible formar agregados de ellas. Es el caso de los suelos arenosos.
- Estructura contínua, masiva o maciza: en ella no se observan agregados. El suelo
aparece como un bloque carente de fisuras. Un fragmento se parte arbitrariamente según la
dirección de la fuerza que se aplique. Es el caso de los suelos arcillosos.
- Débil: Agregados escasamente formados e indistintos, superficies de debilidad
muy poco definidas entre agregados. Se deshacen facilmente entre los dedos.
- Moderada: Agregados bien formados y diferenciados de duración moderada, más
resistentes.
- Fuerte: Agregados muy estables, separados por planos de debilidad bien definidos
cuando el horizonte se seca. Agregados duraderos, que aguantan una fuerte presión entre
los dedos.
b) TAMAÑO DE LOS AGREGADOS
La estructura puede clasificarse, según el tamaño de los agregados, en:
muy fina, fina, media, gruesa, muy gruesa.
c) CLASE O FORMA DE LOS AGREGADOS
En base a consideraciones morfológicas cualitativas, se definen los siguientes tipos
de estructura que hacen referencia al modelo que se presenta preponderantemente:
- MIGAJOSA: Agregados pequeños, unidos débilmente y muy porosos. Forma
semejante a migas de pan. Típica de epipediones con materia orgánica bien evolucionada.
- GRANULAR: Agregados pequeños, más o menos redondeados, duros y menos
porosos que los anteriores. Forma semejante a guisantes secos. Es la estructura más
favorable. Típica de medios biológicamente activos, ricos en bases y con materia orgánica.
Epipediones de praderas, frecuente en móllicos.
- LAMINAR: Agregados de forma plana formando láminas superpuestas.
Heredada en materiales depositados bajo el agua, por ejemplo, en suelos de llanuras de
inundación. Originada por impacto de las gotas de lluvia en costras superficiales. Impide la
penetración vertical de raíces, agua y aire.
- POLIEDRICA: Pueden presentar formas variadas. Así se distinguen:
- ANGULAR: Aristas rectas y caras rectangulares. Frecuente en
endopediones cámbicos.
- REDONDEADA: Aristas agudas y caras curvas. Típica de suelos de
zonas semiáridas y áridas con suelos pobres en materia orgánica. Frecuentemente en
epipediones ochricos y endopediones cámbico y cálcico.
- PRISMATICA: Agregados con formas de prismas, con aristas superiores vivas.
Los planos de debilidad corresponden a grietas de retracción. Los prismas pueden
presentar una gran dureza y las raíces no ser capaces de penetrar en ellos. Típica de
horizontes enriquecidos en arcilla: Bt, endopediones argílicos.
- COLUMNAR: Prismas rematados en la parte superior por una cúpula. Muy poco
frecuentes en España. Típica de suelos alcalinos (Btna, endopediones nátricos)
Las estructuras más deseables en superficie son la migajosa, bien agregada, por su
mayor porosidad, y a continuación la granular y en menor grado la poliédrica.
Es preferible una estructura con agregados fuertes o estables, que tengan cierta
resistencia a la acción de la lluvia, pero tampoco muy grandes, ya que entonces se deseca
la superficie rápidamente.
Las gotas de lluvia en un suelo desnudo destruyen los agregados, formando una
pasta con las partículas separadas que se introducen en los huecos. Normalmente, al
sedimentarse quedan arriba las partículas más finas (limo y arcilla) lo que hace que se
forme una costra sobre la superficie que después, al secarse, se agrieta. Este efecto depende
de que la estructura sea más o menos fuerte. Por ello, no conviene pulverizar
excesivamente la superficie del suelo al preparar el terreno para la siembra, ya que se
favorece la formación de costras después de la lluvia, con perjuicio para la germinación o
para el desarrollo de las plantas.
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL SUELO
La estructura controla una serie de propiedades y comportamientos del suelo.
Entre los más significativos cabe citar:
1.- Las características de la superficie del suelo.
Como ya se ha dicho, una buena estructura evita el sellado del suelo y la
posterior formación de costra superficial al secarse la superficie. Facilita la
emergencia de las plántulas y la infiltración del agua.
2.- Infiltración del agua en el suelo.
Un suelo con estructura favorece la infiltración, y como consecuencia
a) disminuye la escorrentía y con ello el riesgo de degradación del suelo por
erosión
b) aumenta las reservas de agua del suelo
c) el agua penetra mejor evitando un exceso que asfixiaría las raíces
3.- Espacio de huecos (porosidad).
Un horizonte bien estructurado
a) permite una buena circulación de aire, agua y nutrientes (buena humedad
y temperatura)
b) favorece el desarrollo de microorganismos aerobios
c) favorece la actividad de la fauna del suelo, que a su vez mejora la
estructura
d) es más penetrable por las raíces, que podrán explorar un mayor volumen
de suelo, beneficiando el crecimiento de la planta
4.- Compacidad.
Una buena estructura implica baja compacidad para un horizonte, lo cual
a) favorece el laboreo
b) hace disminuir la densidad aparente
c) favorece el crecimiento de las raíces
5.- Erosionabilidad.
Un suelo bien estructurado es más resistente a la erosión que las partículas sueltas
de arena, limo y arcilla y la materia orgánica. Si la superficie es mullida, el agua
correrá más difícilmente por ella y en consecuencia no se producen arrastres.
CAUSAS DE LA MALA ESTRUCTURA DE LOS SUELOS
1.- Empobrecimiento de materia orgánica en el suelo. Como consecuencia disminuyen
los organismos del suelo que cumplen un gran papel en la formación de los
agregados.
2.- No llevar en los planes de cultivo una rotación adecuada. Hay plantas que
mejoran la estructura (alfalfa) y otras que la destruyen (maiz). Se debe llevar una
buena alternancia con el fin de que se intercalen estos cultivos y se conserve la
estructura.
3.- La erosión con sus arrastres y un mal laboreo. Puede empeorar la estructura, si se
dan labores en un suelo que no está en tempero se producen unos terrones grandes
que hacen difícil el nacimiento de las plantas.
4.- Encharcamientos prolongados. En el suelo que se encuentra inundado durante una
larga temporada, los agregados de estructura se deshacen. Si esta situación se
prolonga es difícil que vuelvan a reunirse las partículas y formar de nuevo los
agregados.
5.- Presencia de sales en el suelo o en el agua de riego. Estas aceleran la disociación de
los agregados de estructura, pues actúan sobre las películas que rodean las
partículas rompiéndolas y quedando éstas libres.
CONSERVACION DE LA ESTRUCTURA
Si se desea conservar la estructura habrá que:
1.- Procurar que la tierra tenga un buen drenaje y las aguas salgan con facilidad de la
parcela.
2.- No utilizar aguas salobres, y en suelos salinos procurar eliminar las sales.
3.- Aumentar o mantener la cantidad de materia orgánica.
4.- Llevar una rotación de cultivos adecuada, procurando introducir en la alternativa
cultivos que favorezcan la formación de una buena estructura, como son las
gramíneas y leguminosas y, sobre todo, la alfalfa para mejorar la estructura de las
capas más profundas.
5.- Evitar la erosión y efectuar las labores de preparación del terreno para la siembra
en su momento y siguiendo las técnicas adecuadas.
4.2. COMPOSICIÓN DEL SUELO
Las plantas toman sus alimentos del aire y del suelo, y éste se encarga de
preparar los nutrientes que van a utilizar las plantas. Es más, a este suelo se le puede
variar su composición para hacerlo más rentable y productivo, mientras que nosotros
difícilmente podemos modificar la composición del aire.
Considerando el suelo como un sistema disperso, se puede diferenciar en él:
Fase sólida:
Orgánica
Inorgánica
Fase líquida: Agua del suelo
Fase gaseosa: Aire del suelo
La FASE SÓLIDA está formada por:
a) los productos de desintegración de las rocas y los nuevos minerales
formados por síntesis a partir de aquellos, en su parte inorgánica. Son constituyentes de
distintos tamaños y distintas propiedades. Sus relaciones condicionan ampliamente las
características de cada suelo en particular.
b) residuos vegetales, ramas, hojas, la totalidad de la planta al morir, restos y
deyecciones de animales, en menor proporción, que sufren hondas transformaciones y dan
lugar a nuevos productos con todos los grados de dispersión.
Incluidos entre las partículas minerales y la materia orgánica se encuentran los
elementos nutritivos para las plantas.
La fase sólida posee mayor estabilidad que las otras fases, menor capacidad de
variación y puede servir, en términos generales, para la caracterización del suelo.
La FASE LÍQUIDA del suelo está constituida principalmente por agua, que puede
llevar disueltas sustancias dando lugar a la solución del suelo, y que es el medio dispersivo
por excelencia.
Cuando no existe exceso de agua, ésta ocupa los poros o espacios más pequeños
entre las partículas del suelo.
La importancia que el agua tiene en el desarrollo y aprovechamiento del suelo
resalta por sí misma. Sin agua no hay vida, ni hay suelo.
La FASE GASEOSA o atmósfera del suelo es de composición parecida a la de la
atmósfera, aunque con mayor contenido de CO2 y menos O2. Hace posible la respiración
de las raíces y la vida de los microorganismos.
Al igual que el agua, el aire se encuentra entre los poros o espacios que dejan las
partículas minerales entre ellas.
Debido a la presencia de las raíces, organismos, agua, minerales etc. se producen
procesos que hacen variar la proporción de los elementos en la atmósfera del suelo,
pudiendo acumularse hasta niveles peligrosos para las raíces y organismos, por lo cual es
importante tener una aireación adecuada en nuestro suelo.
Uno de los efectos de las labores es mantener sana la atmósfera que rodea las raíces
y así estimular la vida de las raíces y de los microorganismos, eliminando los elementos
que, por estar presentes en cantidades altas, puedan resultar tóxicos para ellos y en
definitiva para la planta.
La COMPOSICIÓN de estos cuatro grandes componentes puede variar con el
tiempo y de un lugar a otro.
Dentro de ellos, el volumen de agua y de aire guardan una relación inversamente
proporcional entre sí, ya que al eliminarse el agua por drenaje, evaporación o crecimiento
de la planta, el espacio poroso que estaba ocupado por ella es llenado de nuevo por aire.
Es necesario una relación determinada entre las fases líquida y gaseosa para que se
alcance una formación óptima del suelo.
De forma aproximada, y considerando un suelo superficial, bien equilibrado, la
composición del suelo se puede situar dentro de los siguientes valores expresados como
composición centesimal en volumen:
4.2.1. FASE SÓLIDA: CONSTITUYENTES INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS.
Como se ha dicho anteriormente, la fase sólida del suelo consta de materia mineral
y orgánica, constituyendo la primera un porcentaje muy superior a la segunda en el suelo,
tanto en peso ( 81 frente a 2 %) como en volumen (45 frente a 5 %).
La fase sólida inorgánica del suelo es una mezcla de materiales que se diferencian
entre sí en su composición y en sus propiedades, y estas características están íntimamente
ligadas con su tamaño como se ha puesto de manifiesto al hablar de la textura del suelo. En
base a la textura del suelo se consideran cuatro grandes grupos generales: suelos
pedregosos o líticos, arenosos, francos o arcillosos. Los francos son los suelos más
importantes desde el punto de vista agrícola, por ser de fácil laboreo al tener en iguales
proporciones arena, limo y arcilla y no presentar elementos gruesos.
Respecto a la materia orgánica del suelo, a pesar de constituir un porcentaje
pequeño de la fase sólida, desempeña un papel muy importante en los suelos agrícolas ya
que mejora las propiedades físicas y químicas de éste, así como el desarrollo de los
cultivos. La fase orgánica se considera constituida por todas las sustancias de origen
animal y vegetal que se acumulan o aplican a los suelos, independientemente de la fase de
descomposición en la que se encuentran. Por este motivo se pueden distinguir dos grupos
generales de sustancias que constituyen la materia orgánica:
a) Los tejidos originales y estos parcialmente descompuestos (raíces y parte aérea de
las plantas, cuerpos de microorganismos, gusanos, insectos y otros animales) que
se depositan normalmente en el suelo contribuyendo a su fertilidad.
b) El humus o fracción sumamente descompuesta, oscura y de naturaleza coloidal.
Mientras que los tejidos originales en mayor o menor grado de descomposición
están sometidos a un continuo ataque por parte de los organismos vegetales y animales
vivos que los usan como fuente de energía, las sustancias coloidales o humus son mucho
más resistentes a esta degradación. El humus supone entre un 85 y un 90 % de la materia
orgánica, frente a la pequeña proporción que suponen los restos no humificados.
La materia orgánica se acumula por lo general en la capa superficial del suelo. El
material principal originario de la materia orgánica son los residuos de las plantas. En el
caso de los suelos cultivados, muchos de los tallos y de las raíces del cultivo son
abandonados en el terreno tras la retirada de la cosecha. Los microorganismos del suelo
son los encargados de iniciar la descomposición de todo este material, que constituye su
fuente de energía.
Este material, junto con los restos de animales, insectos, lombrices,... tienen una
composición química variada, que incluye grupos de compuestos de fácil descomposición
como hidratos de carbono, glucósidos, ácidos orgánicos, sales y ésteres, lípidos y
compuestos afines, compuestos nitrogenados, pigmentos y componentes minerales, y otros
grupos de más difícil descomposición como ligninas, taninos, y resinas. Estos últimos son
la verdadera base del humus.
Los factores que influyen en la velocidad de descomposición de la materia
orgánica son: la edad de la planta, estando las plantas jóvenes constituidas
mayoritariamente por sustancias de más rápida descomposición, y las condiciones
climáticas: la temperatura y la humedad. La descomposición de la materia orgánica se
acelera en climas cálidos, más favorables para la actividad de los microorganismos. Por
otra parte la materia orgánica aumenta cuanto mayor es la humedad del suelo, pues
disminuye la acción microbiana y la vegetación es más abundante. Otros factores que
influyen son la textura y otras características del suelo como su reserva en calcio o su
erosión. Los suelos arenosos, mejor aireados y que retienen menos agua, contienen menos
materia orgánica que los arcillosos.
LA RELACIÓN C/N Y SU VARIACIÓN CON LA DEGRADACIÓN DEL TEJIDO
ORGÁNICO.
Un suelo cultivado, en una buena condición de nitrificación, contiene material
orgánico de difícil descomposición. Los organismos desintegradores presentan muy poca
actividad, y la producción de dióxido de carbono es mínima. La relación C/N de dicho
material es baja y los nitratos en el suelo se encuentran en cantidades relativamente altas.
Cuando se incorpora tejido vegetal fresco (relación C/N alta) en grandes
cantidades, los microorganismos desintegradores se multiplican, pues encuentran energía y
nutrientes asimilables. Se produce una rápida liberación de energía y gran desprendimiento
de CO2. El nitrógeno desaparece rápidamente del suelo debido a la alta demanda de dicho
elemento por los microorganismos para sintetizar sus propios tejidos. Cuando se produce
la degradación la relación C/N decrece. En ese momento la materia orgánica está formada
por una gran variedad de compuestos, entre los que se encuentran los microorganismos
muertos que también son objeto de descomposición. Cuando las reservas alimenticias y de
energía asimilable disminuyen, la actividad de los microorganismos degradadores también
lo hace, y comienzan a actuar las bacterias nitrificantes, apareciendo de nuevo grandes
cantidades de nitratos en el suelo. El suelo se ha enriquecido en humus y nitratos.
4.2.2. FASE LÍQUIDA: EL AGUA EN EL SUELO.
El agua ocupa parte de los espacios libres o poros que existen en el suelo. La
microporosidad, incluida la porosidad textural, es la responsable del acúmulo del agua; y la
macroporosidad, que incluye la porosidad estructural, es la responsable del drenaje, de la
circulación del agua en general y parcialmente, de la retención del agua en determinados
suelos.
El agua contenida en el suelo puede estar presente de las siguientes maneras:
1. Agua de constitución o químicamente combinada. Es generalmente agua de
hidratación, ya que las distintas clases de arcillas presentan diverso grado de
hidratación, siendo esta agua muy difícil de perder por estar íntimamente ligada al
soporte mineral. Sólo puede eliminarse por calefacción a altas temperaturas, muy
por encina de la temperatura de ebullición del agua.
2. Agua higroscópica. Se denomina higroscopicidad del suelo a la propiedad de
absorber mayor o menor cantidad de agua atmosférica mediante retención catiónica
por parte del complejo coloidal arcillo-húmico dado el enjambre iónico que rodea
la partícula, con la consiguiente atracción del dipolo agua. La tendencia de
hidratación de los cationes varía según el siguiente orden:
H+ > Na+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+
(Esto explica la conveniencia de introducir Na+ en los suelos con escasa cantidad
de complejo absorbente, sustituyéndolo generalmente por Ca2+, por ser el más
abundante. Por el contrario en los suelos con elevado contenido del complejo no
interesa el intercambio anterior de cationes, ya que el poder coagulante de la cal
aumenta la capilaridad, compensando de este modo la escasa facultad de
hidratación. En otras palabras, lo que perdemos en higroscopicidad lo ganamos en
capilaridad, propiedad más interesante para la alimentación de la planta).
Esta agua higroscópica está presente en una muestra desecada a alta temperatura
ambiente, pero se elimina por desecación en estufa durante varias horas entre 105º-
110º.
Si la determinación la queremos con gran exactitud se debe mantener la
muestra, antes de secarla en la estufa, durante un tiempo adecuado en atmósfera de
humedad relativa del 98,2 %, lo que se consigue en desecador con H2SO4 al 3,3%.
Para calcular el coeficiente higroscópico o de higroscopicidad se divide la
pérdida de peso por el peso de muestra desecada en la estufa y se multiplica por
cien.
Ejemplo: Peso de muestra desecada al aire = 80 g.
Peso de muestra desecada en estufa = 74 g.
Coeficiente higroscópico: [(80-74)/80]⋅100 = 7,5%
3. Agua capilar. Es como su nombre indica el agua que ocupa los espacios capilares
del suelo. Esa agua puede ser eliminada desecando la muestra al aire, o hasta cierto
punto por la absorción de las plantas, pero persiste en el suelo a pesar de la fuerza
de la gravedad. Esta forma de agua se encuentra en el suelo como una capa o
película más o menos ancha que rodea las partículas, película que irá adelgazando
a medida que la planta la vaya solicitando. Cuanto más estrechos son los capilares,
más fuertemente es retenida el agua (Ley de Junin)
4. Agua gravitacional o libre. Se llama así al agua que se mueve a causa de la
gravedad, escurriendo por drenaje a través de los grandes poros que la contienen,
juntamente con las sustancias en ella disueltas, pasando a través de los distintos
horizontes hasta encontrar las aguas subterráneas. Esto constituye el drenaje del
suelo por el cual se elimina este exceso de agua, de modo que los macroporos
queden nuevamente ocupados por aire, siendo de la mayor importancia para la
aireación del suelo (fundamental para las cosechas). En caso de que esto no se
produzca se puede producir la anegación del suelo, como ocurre en los terrenos
pantanosos.
Como puede observarse el agua es retenida por los suelos de muy diversas
maneras.
En el primero de los tipos de agua, ésta forma parte de la composición química de
los compuestos como agua de cristalización o de constitución, y las fuerzas que las
mantienen unidas al material son de naturaleza química, fuerzas electrostáticas, por puente
de hidrógeno o incluso por energía reticular y fuerzas de van der Waals.
En el segundo tipo de agua, generalmente son responsables de su retención en el
suelo los puentes de hidrógeno que se originan al orientarse las moléculas dipolares del
agua hacia los oxígenos y los hidroxilos de las superficies de las caras de los coloides, así
como hacia los cationes intercambiables como agua de solvatación. De este modo, las
primeras porciones de agua añadidas a un suelo seco son retenidas muy vigorosamente,
disminuyendo esta fortaleza a medida que los aportes de agua aumentan.
La cantidad de agua que es capaz de ser retenida depende del espesor de la lámina
de agua en contacto con las partículas sólidas, y este espesor será tal que en la parte más
externa estén compensadas gravedad y fuerzas de adherencia.
Las fuerzas que retienen el agua a las superficies sólidas son tanto más potentes
cuanto más próximas están las fases sólida y líquida.
Respecto a las fuerzas que retienen al agua capilar, la mojabilidad del suelo y su
porosidad y la tensión superficial del agua hacen que se desarrolle una tensión capilar que
vamos a considerar como si los poros fueran capilares perfectos a los que se adjudica un
determinado radio. La ascensión del agua por los capilares del suelo se rige por las leyes de
Junin:
Peso de la columna de líquido: π r2 d g h
Fuerza ascensional o de adherencia: 2 π r τ cosα
Igualando en el punto de equilibrio:
π r2 d g h = 2 π r τ cosα
h = 2 τ cosα / r d g
siendo τ = tensión superficial del agua (dina⋅cm-1)
α = ángulo de contacto del menisco (ángulo de humectación)
d = masa específica del agua (g⋅cm-3)
r = radio (cm)
Debido a las circunstancias de adherencia (mojabilidad) y capilaridad (tensión
superficial) el agua queda ligada al suelo con una fuerza llamada potencial capilar o
POTENCIAL MATRICIAL (Ψm), ya que se considera conjunta e indiferentemente
adhesión y capilaridad. En el agua del suelo hay realmente dos interfases: una en
contacto con el suelo, origen de la adhesión, y otra con el aire, origen de la capilaridad.
Las sales también reducen la energía del agua libre (presión osmótica) de forma
que la adición de solutos (fertilizantes, etc.) o la concentración de los mismos en las
soluciones del suelo tienen especial significación en suelos salinos o en suelos de baja
humedad, necesitándose un POTENCIAL OSMÓTICO Ψo para separar el agua del
suelo, de la misma manera que el potencial matricial. En suelos saturados de agua su
significación es tan escasa que prácticamente no se considera. No obstante, al desecarse
el suelo, al añadirse fertilizantes masivamente o en suelos salinos incide de forma que
las plantas necesitan una energía adicional, igual a su valor, para absorber el agua. Los
medios salinos son por ello fisiológicamente secos.
A estos dos potenciales antes mencionados habrá que sumar el POTENCIAL
GRAVITACIONAL Ψg y el POTENCIAL DE PRESIÓN Ψp. Ambos hacen referencia
a valores positivos por encima del valor considerado estándar para la aceleración de la
gravedad, en función de la latitud y altitud, y de la presión (1 atmósfera). Así se llega al
POTENCIAL HÍDRICO TOTAL ΨΨΨΨ.
ΨΨΨΨ = Ψm + Ψo + Ψg + Ψp
Este potencial hídrico total, como expresión de la energía del agua, mide la
diferencia entre el agua libre y el agua ligada al suelo, y representa el trabajo a realizar
por la planta para poder extraer cierta cantidad de agua del suelo. Se mide en Jul⋅mol-1,
aunque a veces se puede expresar en cm de agua, en cuyo caso puede tomar valores
muy elevados por lo que es frecuente expresarlo en forma logarítmica pF (llamado
usualmente POTENCIAL CAPILAR, caso de que los componentes Ψo, Ψg y Ψp tengan
escasa significación. Así pues, la fuerza de retención, pF, representa el esfuerzo que es
necesario realizar en cada caso para extraer determinada cantidad de agua de la retenida
por la partícula. Este concepto es de un extraordinario interés, ya que si dos tierras
tienen el mismo pF se hallan en equilibrio de humedad, y si ponemos en contacto dos
tierras con distinto pF observaremos que el agua discurre o tiende a desplazarse hacia la
de pF más alto.
Cuanto mayor sea la fuerza de retención, más elevada será la columna de agua
necesaria para contrarrestarla, ocurriendo que si tal unidad gravitacional no presenta
dificultades para su aplicación práctica cuando se trata de valores pequeños, si es
dificultoso sin embargo cuando los valores alcanzan determinados niveles, lo que ocurre
cuando se trata de extraer las últimas porciones de agua retenidas por el suelo,
requiriendo alturas de agua de 107 cm, lo que equivale a 104 atmósferas, complicándose
los cálculos, lo que queda simplificado con el uso del pF (logaritmos decimales de
dichas columnas de agua expresadas en cm):
Altura en cm: 1 10 100 103 104 105 106 107
Valor del pF 0 1 2 3 4 5 6 7
El concepto que expresa el signo pF fue introducido por Schoffield
simplificando con él la expresión de las constantes de energía. Su expresión es muy
semejante a la de pH, ya que la “p” significa logaritmo y F expresa la energía libre,
pudiendo definirlo como el logaritmo de la cifra que expresa en cm la altura de la
columna de agua necesaria para equilibrar la fuerza retentiva.
La adopción del concepto de pF nos permite distinguir conceptos tan
importantes como el del porcentaje de agua contenida en un suelo del de la humedad
realmente utilizada por las plantas: Si tenemos dos suelos, uno arenoso y otro arcilloso,
ambos con un 9 % de agua, se observa que el primero presentará organolépticamente
humedad manifiesta, de la cual un 4,5 % puede ser absorbida por las plantas fácilmente
(pF=2,4); mientras que el segundo no presenta aparentemente contenido manifiesto en
agua, siendo además prácticamente inaprovechable por las plantas (pF=4,6). Por ello, la
unidad elegida representa un valioso auxiliar en el estudio de la retención del agua del
suelo,
Entre los valores de energía más importantes y que configuran las distintas
constantes de humedad, se pueden distinguir:
CONSTANTE Altura del agua
cm
pF Atmósferas de
presión reales
Coeficiente higróscópico
Coeficiente de marchitez
Equivalente de una atmósfera
Equivalente de humedad
Capacidad máxima de retención de agua
31.623
15.849
1.000
501
1
4,5
4,2
3,0
2,7
0
30,6
15,3
0,968
0,485
0,0009
Cuando el agua cae o se aplica por una lluvia abundante o riego, el agua entra en el
suelo, el aire es desplazado y los poros, ya sean grandes o pequeños, quedan rellenos de
agua. El suelo se satura de agua y entonces se dice que ha llegado a su CAPACIDAD
MÁXIMA DE RETENCIÓN DE AGUA (pF=0). En este caso, la tensión con la que el
agua es retenida por las partículas sólidas es muy pequeña, ya que las películas de agua son
muy gruesas. Por consiguiente, parte de la que queda retenida es eliminada por la acción de
la gravedad a las zonas más bajas del suelo.
Una vez que cesa la aportación hídrica, el agua se desprende de los macroporos y el
suelo se dice entonces que está en situación de CAPACIDAD DE CAMPO. En este
momento la tensión de la superficie externa de la película está entre 0,1 y 0,5 atmósferas,
según el suelo, pudiéndose aceptar un valor medio de 0,33 atmósferas (pF=2,54).
El EQUIVALENTE DE HUMEDAD es un concepto teórico que se define como el
porcentaje de agua que se extrae de un suelo suficientemente húmedo sometido a una
fuerza centrífuga mil veces mayor que la de la gravedad (pF=2,7). Para valores superiores
a este pF el movimiento capilar se hace sumamente lento y pronto llega a desaparecer.
Consecuentemente el desarrollo de la planta se vuelve sumamente lento.
A medida que el suelo se va secando debido a la absorción del agua por la planta, o
por evaporación directa, el espesor de la película acuosa decrece. Cuando en la planta
aparecen signos de marchitez se dice entonces que el suelo está en la situación de
COEFICIENTE DE MARCHITEZ o humedad crítica. La tensión media de humedad en la
superficie externa de las partículas es entonces de unas 15 atmósferas (pF=4,2).
Si la pérdida de agua continúa, aparecerá a continuación una disminución del
espesor de la película y un marcado aumento de la tenacidad con que está adherida.
Aparece así el llamado COEFICIENTE HIGROSCÓPICO anteriormente mencionado, en
donde la tensión es de 30,6 atmósferas (pF=4,5).
Finalmente, si el espesor de la película disminuye progresivamente, la tensión sigue
aumentando hasta valores de 10.000 atmósferas (pF=7).
Basándonos en estos relativos grados de retención, la clasificación que habíamos
hecho al comienzo para los distintos tipos de agua queda en función de las fuerzas de
retención como sigue:
El agua higroscópica corresponde a la adherida por el coeficiente higroscópico, es
decir, con una tensión entre 31 y 10.000 atmósferas.
El agua capilar constituye el agua presente en el suelo que queda retenida entre 0,1
y 31 atmósferas, es decir, en un grado menor que la higroscópica. Puede concretarse como
la que queda adherida tanto por la capacidad de campo como por el coeficiente
higroscópico.
El agua gravitacional, libre o de drenaje, es la que se halla por encima de la
capacidad de campo, retenida solo por tensiones menores de 0,1 atmósferas.
Bajo el punto de vista agrícola o de su utilización por las plantas también puede
hacerse una clasificación del agua del suelo, distinguiéndose tres tipos:
1. Agua no asimilable. Incluye el agua higroscópica y una pequeña parte de la
capilar. No es utilizable por las plantas superiores, a excepción de algunas muy
adaptadas en regiones áridas. Se encuentra adherida al suelo por el punto de
marchitez.
2. Agua asimilable. Es la porción de agua almacenada en el suelo que puede ser
absorbida fácilmente por las raíces de las plantas. Se sitúa entre el coeficiente de
marchitez y la capacidad de campo.
3. Agua superflua. Es la que excede a la capacidad de campo. Aunque puede ser
utilizable no resulta beneficiosa para las plantas. Las raíces, debido a un exceso de
agua, quedan desprovistas de nutrientes, pues son arrastrados a las capas más
profundas del suelo; además, carecen de la aireación necesaria y muchos procesos
bioquímicos importantes que en el suelo se verifican (nitrificación, sulfooxidación,
fijación del nitrógeno, etc.) quedan fuertemente inhibidos.
4.2.3. FASE GASEOSA: EL AIRE EN EL SUELO.
La fase gaseosa es la tercera fase del suelo, considerando éste como sistema
disperso.
Está constituida por lo que se conoce como atmósfera o aire del suelo.
Cuando el suelo está en condiciones normales de humedad, el aire ocupa los
macroporos del suelo. Es entonces cuando el aire y el agua se hallan en equilibrio y ocupan
volúmenes de suelo parecidos.
La presencia de muchos o pocos poros no suministra automáticamente una buena
aireación. Para que esto suceda los poros han de estar comunicados entre ellos, es decir, el
suelo debe tener una buena estructura.
CAUSAS QUE REDUCEN LA CANTIDAD DE AIRE DEL SUELO
Algunas de las causas se dan sólo en suelos cultivados.
Los suelos cultivados tienen menor volumen de poros que los no cultivados por los
siguientes motivos:
Cuando un suelo comienza a cultivarse. la cubierta vegetal se elimina. Como
consecuencia, disminuye la cantidad de materia orgánica y el efecto que ésta tiene sobre la
estructura del suelo.
Al caer la lluvia sobre el suelo desnudo, desmenuza los agregados y los reduce a
partículas simples, que entran por los orificios, grietas, etc. y llenan los poros.
Si añadimos la compactación que se origina al pasar las máquinas de labor por la
superficie, comprenderemos como existe menos aire en el interior de un suelo cultivado
que en otro sin cultivar.
Otras causas que afectan a todo tipo de suelo son el exceso de agua y la escasa
permeabilidad del suelo que impiden un buen drenaje.
La aireación del suelo es importante porque el oxígeno del aire del suelo es
indispensable para la respiración de las raíces de las plantas y para su correcto desarrollo.
Los problemas que presentan los suelos con pobre aireación pueden ser:
- Disminución notable de la absorción de agua y nutrientes por parte de la
planta.
- Disminución de la producción, incluso en suelos con suficientes elementos
nutrientes asimilables.
- En los procesos microbiológicos del suelo:
- La materia orgánica se oxida más lentamente
- Los microorganismos aerobios paralizan su actividad
- Los microorganismos anaerobios producen formas
reducidas de determinados elementos que suelen ser tóxicas
para las plantas
COMPOSICION DEL AIRE
Aproximadamente LA CUARTA PARTE DEL VOLUMEN TOTAL de un
suelo medio, o típico de cultivo, está constituida por el AIRE DEL SUELO, que está
distribuido en los huecos que forma su POROSIDAD, a través de los cuales circula y se
renueva de forma continua.
La POROSIDAD es el factor más influyente en la aireación del suelo.
La COMPOSICION DE LA ATMOSFERA DEL SUELO, cuando éste posee una
correcta porosidad y está bien aireado, es similar a la de la atmósfera libre en lo que
respecta al contenido de nitrógeno, pero presenta diferencias en los otros componentes.
Las diferencias más significativas son:
- Un contenido ligeramente menor de oxígeno
- Mayor riqueza en vapor de agua
- Concentración mucho más alta en CO2.
ATMOSFERA LIBRE ATMOSFERA DEL SUELO
O2 21 % 10-20 %
VAPOR DE AGUA variable en saturación
CO2 0,03 % 0,2-3,5 % La mayor diferencia entre la atmósfera del suelo y la atmósfera libre es las
grandes variaciones que puede presentar la primera en su composición según la
situación (principalmente el espacio poroso del suelo y la intensidad de las reacciones
bioquímicas).
CAUSAS QUE PUEDEN MOTIVAR EL MENOR CONTENIDO DE O2
En SUELOS POCO DRENADOS el porcentaje de poros rellenos de agua tras
las lluvias es muy alto.
Si el volumen de poros ocupado por aire no supera el 10%, no se da la renovación
de oxígeno porque se suprime el suministro exterior.
El oxígeno preexistente se consume progresivamente en
- la respiración de las raíces
- el metabolismo de los microorganismos aerobios
- procesos químicos de oxidación
Si el oxígeno restante es muy bajo las consecuencias son
- la asfixia de las raíces
- la disminución de la actividad microbiana
- la ralentización de los procesos más importantes de la nutrición vegetal
- el aumento de los procesos reductores, con producción de N2 y sulfuros
- la aparición de formas reducidas de Fe y Mn
Todo esto también podría ocurrir en suelos bien drenados si hubiera aportaciones
continuas de agua.
CAUSAS QUE PUEDEN MOTIVAR EL MAYOR CONTENIDO DE CO2
En suelos de textura media el contenido de CO2 no suele superar el 1 %, pero en
horizontes más profundos o en zonas de alta actividad biológica puede llegar al 10 %.
Los motivos por los que estos porcentajes pueden ser tan elevados son los
siguientes:
- Una aportación muy amplia de residuos orgánicos como estiercol, sobre
todo si las condiciones de humedad y temperatura son las apropiadas. En
este caso, los microorganismos degradantes actuarían intensamente y
originarían un gran desprendimiento de CO2.
- Una textura muy fina unido a alto contenido en agua. La aireación en estos
casos es defectuosa y el CO2 se acumula.
- Un pH ácido, (pH<6), pues los suelos ácidos mantienen una concentración
elevada de CO2 libre mientras que los alcalinos (pH>7,5) favorecen su
fijación.
- Una vegetación intensa, pues ésta provoca más respiración radicular y
mayor aporte orgánico a su muerte, ambas cosas repercutiendo en el
aumento de la concentración de CO2.
- La estación del año. Debido a que la temperatura es un factor limitante de
la actividad de los microorganismos, el contenido de CO2 aumenta en
verano, cuando la temperatura es más alta, y disminuye en invierno.
Como conclusión a todo ello podemos decir que
- la textura
- la estructura
- el contenido de agua
son los factores que más influyen en la atmósfera del suelo, y que para mejorarla
debemos
- mantener o elevar su materia orgánica
- conservar una buena estructura
- procurar un desagüe a parcelas encharcadas
- dar las labores oportunas (si son demasiadas se disminuye mucho el tamaño de
los agregados de la estructura y se pierde la macroporosidad)
- escoger un cultivo adecuado (algunas variedades de trigo).
MECANISMOS DE RENOVACION DE LA ATMOSFERA DEL SUELO
Existen diversos mecanismos por los que el suelo puede evitar un
almacenamiento del dióxido de carbono, producido en las numerosas reacciones
biológicas que en él tienen lugar, y un empobrecimiento en oxígeno por el consumo
continuo de los organismos vivientes.
Por medio de estos mecanismos, la atmósfera del suelo se regenera.
Estos mecanismos pueden ser:
a) Provocados por factores externos:
- cambios de temperatura
- cambios de humedad
- acción del viento
- variaciones de presión
b) El más importante e íntimamente relacionado con la naturaleza del gas:
- la difusión
Cambios de temperatura
La oscilación diurna de la temperatura afecta al suelo y esto provoca una dilatación
o contracción del aire del suelo. El aire más caliente tiende a ascender y ser
reemplazado por el de menor temperatura.
Este efecto es mayor en los casos en los que el aire caliente esté abajo
(enfriamiento vespertino) y menor por la mañana.
Posteriormente se dará el intercambio de gases entre este aire que se encuentra
próximo a la superficie y el de la atmósfera.
Cambios de humedad
El aumento de humedad disminuye el volumen de aire en el suelo porque éste es
desplazado a la superficie.
La evaporación actúa igual y el drenaje a la inversa.
Este mecanismo actuará en uno u otro sentido dependiendo de la intensidad de los
aportes de agua (lluvia y riego).
La infiltración de las lluvias causa la renovación del aire del suelo
- por desplazamiento de éste
- por el oxígeno que lleva disuelto el agua
Acción del viento
El viento puede inyectar o succionar aire en el suelo.
Su actuación depende de la intensidad, dirección, ángulo de incidencia, topografía
del terreno, ...
Este efecto es pequeño comparado con los otros.
Cambios de presión
Los cambios de presión comprimen o expansionan el aire del suelo y provocan su
desplazamiento.
La textura influye mucho en este mecanismo siendo más fácil que se de en los
suelos arenosos que en los arcillosos.
Difusión
La difusión de gases se basa en la Ley de Dalton de las presiones parciales.
La presión parcial de un gas en una mezcla gaseosa en una dirección determinada
es la presión que ejercería éste solo, estando presente en el volumen ocupado por la
mezcla.
Cada gas se mueve desde zonas de alta concentración a otras de concentración
menor hasta igualarse ambas.
4.3. PARÁMETROS QUE DEFINEN LA FERTILIDAD DE UN SUELO.
Los parámetros que se incluyen dentro de un análisis básico de fertilidad de suelos
son los siguientes:
• Análisis granulométrico:
o % Arena
o % Limo
o % Arcilla
• Textura o clase textural
• pH en agua 1:2,5
o si el pH en agua es mayor que 7, se realizará el pH en KCl
o si el pH en agua es menor que 5,5 se realizará el pH en solución tampón
• Materia orgánica (%)
• Conductividad eléctrica (dS/m)
o Si C.E. es mayor que 0,25º dS/m, se determinarán Cloruros (ppm)
• Fósforo asimilable (Olsen) (ppm)
• Potasio cambiable (meq/100 g)
• Magnesio cambiable (meq/100 g)
• Calcio cambiable (meq/100 g)
• Sodio cambiable (meq/100 g)
• Carbonatos (%)
Para un análisis completo a los parámetros anteriores se añadirán:
• Capacidad de intercambio catiónico (meq/100 g)
• Nitrógeno
• Relación C/N
Y en caso de que la situación especial lo requiera:
• Manganeso (ppm)
• Hierro (ppm)
• Cobre (ppm)
• Zinc (ppm)
• Boro (ppm)
• Sulfatos (ppm)
• Caliza activa (%).
4.4. ANÁLISIS DE FERTILIDAD.
La metodología a utilizar para la determinación de los parámetros enumerados
anteriormente viene dada por los métodos oficiales, aunque a veces se utilicen métodos
alternativos debidamente contrastados.
• Análisis granulométrico: Método de la pipeta modificado. Método del densímetro
de Boyoucos.
• Textura o clase textural: Según el triángulo de clasificación de suelos por texturas.
• pH en agua 1:2,5 : Método potenciométrico.
• Materia orgánica (%): Carbono orgánico oxidable por el método de Walkley y
Black.
• Conductividad eléctrica (dS/m): Conductimetría. Se realiza una prueba previa de
salinidad en extracto 1:5. Si la CE en la solución suelo: agua 1:5 es superior a 0,2
dS/m, se realizará la pasta saturada y se determinará la C.E. en el extracto de
saturación.
• Cloruros: Potenciometría
• Fósforo asimilable (Olsen) (ppm): Determinación espectrofotométrica sobre un
extracto de suelo con el reactivo descrito por Olsen.
• Potasio, magnesio, calcio y sodio cambiable (meq/100 g): Extracción con acetato
amónico y determinación mediante espectrofotometría de absorción y emisión
atómica.
• Carbonatos (%): Calcimetría mediante el calcímetro de Bernard.
• Capacidad de intercambio catiónico (meq/100 g): Saturación del complejo de
cambio con NH4+ y posterior desplazamiento del mismo con Na+, determinándose
por destilación el NH4+ desplazado.
• Nitrógeno total (%): por el método Kjeldahl.
• Manganeso, hierro, cobre, zinc (ppm): extracción por el método de Linsay y
Norvell con D.T.P.A. y determinación por espectrofotometría de absorción
atómica.
• Boro (ppm): Extracción por el método de Truog con agua caliente y medida
colorimétrica en el extracto del complejo formado entre el boro y la azometina-H a
pH 5,1.
• Sulfatos (ppm): Método espectrofotométrico o turbidimétrico.
• Caliza activa (%): Potencimetría. Método de Galet en el que se somete a la caliza
del suelo durante un tiempo limitado a la acción disolvente de ua disolución de
oxalato amónico 0,2 N, valorándose el exceso de reactivo con KMnO4.
4.5. DETERMINACIONES PRÁCTICAS SOBRE SUELOS AGRÍCOLAS.
5.- EL AGUA EN LA AGRICULTURA
5.1. BALANCE HÍDRICO
Antes de determinar las necesidades de agua o suministro de agua de riego a una
explotación es concepto previo la determinación de un balance hídrico. Recordemos que
las aportaciones naturales de humedad que provienen de lluvia, nieve, rocío,
condensaciones, etc. representan el aspecto positivo del balance.
Es corriente establecer el balance hídrico comparando mensualmente la ETP
(evapotranspiración potencial) y las precipitaciones. Cuando se procede de esta forma se
deben tener presente las siguientes consideraciones:
1. Que toda el agua precipitada no debe evaluarse como agua que el suelo
recibe, ya que una parte puede ser interceptada por la vegetación y
evaporarse.
2. El resto del agua precipitada llegará al suelo, penetrando en él una
fracción y corriendo por la superficie del suelo el resto. Esta agua de
escorrentía superficial se reunirá en las partes bajas e irá a los cursos de
agua (torrentes, arroyos, río, mar,...). De la parte que penetra en el suelo
una fracción quedará retenida por las partículas del suelo (agua
higroscópica y capilar) y todo el exceso que supere la capacidad de
retención del suelo percolará (agua gravitacional).
3. El agua que ha sido retenida sufre los procesos de evaporación en la
superficie del suelo y de absorción con transpiración por la planta. La
suma de estas pérdidas es la evapotranspiración, anteriormente definida.
4. El agua que pasa a niveles profundos saliendo de los horizontes ocupados
por las raíces puede ser recuperada en las estaciones secas, gracias al
proceso de ascensión capilar.
5. Cuando en un suelo hay suficiente humedad para que se pueda
compensar las pérdidas que por evaporación y transpiración se
producirían en un suelo cubierto de vegetación en la que ésta puede
disponer del agua indispensable, estamos en las condiciones que
Thornthwaite define como evapotranspiración potencial.
6. En muchas ocasiones las aportaciones naturales y las reservas de agua
del suelo no son suficientes para compensar la ETP, produciéndose un
consumo menor denominado evapotranspiración actual o real (ETA o
ETR).
7. El valor alcanzado por la ETR en estas ocasiones será la suma de las
precipitaciones y la reserva del suelo. La diferencia entre ETP y ETR
representará para el mes considerado el déficit de humedad que será
necesario satisfacer con el riego.
Se adjunta un cuadro de balance de humedad observado por una estación
metereológica española en el supuesto de que los suelos que reciben estas
precipitaciones tienen una capacidad de retención máxima de 100 mm de agua (l/m2),
donde caben destacar las siguientes situaciones:
En. Feb
.
Mz
.
Ab. My
.
Jn. Jl. Ag. Sp. Ot. Nv. Dc. TOTA
L
ETP,mm 20,
3
23,
6
42,
5
54,
9
85,
9
126,
2
159,
9
155,
3
124 71,
8
38,4 22,
2
925
Lluvia,m
m
84,
1
59,
7
38,
4
55,
8
27,
2
15,8 5 9,8 6,2 59,
4
117,
4
67
ETR,mm 20,
3
23,
6
42,
5
54,
9
85,
9
53,9 5 9,8 6,2 59,
4
38,4
22,
2
Reserva 100 100 95,
9
96,
8
38,
1
0 0 0 0 0 79 100
Exceso 63,
8
36,
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 23,
8
123,7
Déficits 0 0 0 0 0 72,3 154,
9
145,
5
117,
8
12,
4
0 0 502,9
Enero y Febrero.- Meses en los que la ETP es menor que la precipitación, por lo
que coincide con la ETR y se produce un exceso de humedad en el suelo calculado
como la diferencia entre Lluvia y ETR.
Marzo.- Mes en el que la ETP es ligeramente superior a la cantidad recibida por
lluvia. La ETR coincide con la ETP porque se toma agua de la reserva del suelo,
quedando por tanto este valor afectado para los meses siguientes, no produciéndose
exceso ni defecto de agua en el suelo.
Abril.- Mes en el que la ETP es ligeramente inferior a la cantidad recibida por
lluvia. La ETR y ETP coinciden. El exceso de agua producido pasa a sumarse a la
reserva de agua del suelo que se encontraba por debajo de su capacidad de retención
máxima.
Mayo.- Mes en el que la ETP es bastante superior a la cantidad aportada por la
lluvia, por lo que la diferencia es captada de la reserva de agua del suelo en dicho
momento. ETP y ETR coinciden.
Junio.- La ETP alcanza valores muy elevados que no pueden ser compensados
por la lluvia ni la reserva de agua del suelo. La ETR será menor a la ETP e igual a la
suma de las cantidades de agua disponibles (lluvia + reserva), produciéndose además un
déficit de agua en el suelo.
Julio.- En este mes, no disponemos de reserva ninguna de agua en el suelo. La
ETP es elevada y la precipitación muy reducida. La ETR coincide por tanto con el único
aporte de la lluvia y la diferencia hasta la ETP supone el déficit de agua en el suelo. La
misma situación se repite en los meses de Agosto, Septiembre y Octubre, aunque cada
vez van produciéndose déficits menores.
Noviembre.- La lluvia supera a la ETP, que coincide por tanto con la ETR. Al
partir de una situación en la que no quedaba reserva de agua en el suelo, el agua de
lluvia sobrante queda constituyendo la reserva. No hay exceso ni déficits de agua.
Diciembre.- La lluvia supera la ETP, que coincide con la ETR. La diferencia
entre ambos valores se añade a la reserva del suelo hasta completar la capacidad de
retención máxima, y el resto constituye el exceso de agua del suelo.
De este balance de humedad se deducen varios parámetros que son los que nos
permiten realizar la Clasificación climática según Thornthwaite:
• Índice de exceso de agua: IE = (Σ exceso/Σ ETP)x100
• Índice de falta de agua: ID = (Σ déficits/Σ ETP)x100
• Índice de Humedad: IH = IE – 0,6 ID
Según los valores obtenidos para los anteriores índices se puede establecer el
Régimen hídrico y el régimen térmico de una zona. De esta forma los valores anteriores
se corresponden con un clima C1 (Seco-Subhúmedo), con una variación estacional de la
humedad que demuestra un moderado exceso en invierno. La ETP anual corresponde a
un índice de eficacia térmica Mesotérmico, de baja concentración.
La ETP (mm/mes) según Thornthwaite se calcula a partir de la temperatura
media del aire en ºC, un coeficiente de corrección debido a la duración del día y los
índices de calor mensual y anual.
5.2. FUENTES DE AGUA
5.2.1. ATMOSFÉRICA.- FORMAS
Originalmente, es la atmósfera la única fuente de agua para la planta. Por tanto,
es importante examinar el valor agrícola relativo de las diferentes formas bajo las cuales
se presenta el agua en la atmósfera: vapor, rocío, lluvia, granizo, nieve, etc.
1) VAPOR DE AGUA
La cantidad de vapor de agua contenida en el aire viene definida por el estado o
grado higrométrico, que es la relación entre la tensión de vapor (f) y la tensión máxima
(F) a la temperatura del momento. Este grado higrométrico, que se expresa en tanto por
ciento del máximo F, se mide por los higrómetros o por psicrómetro.
Se observa siempre una tendencia a establecer un equilibrio entre las presiones
de vapor de agua del suelo y del aire. Cuando la temperatura del aire desciende más
rápidamente que la del suelo, este recupera agua sin pasar por el punto de rocío. Este
fenómeno solo adquiere cierta importancia cuando las diferencias de temperaturas son
grandes y sobre todo cuando las temperaturas diurnas y nocturnas del aire son muy
elevadas o muy bajas.
2) ROCIO
Igualmente constituye una fuente de suministro de agua nada despreciable.
Aunque su medición sea bastante delicada y su cantidad depende de la naturaleza de la
superficie que lo recibe, se estima que el rocío puede aportar de 40 a 80 mm de agua
por año.
Sus efectos son especialmente marcados en los suelos cubiertos de vegetación.
En las praderas naturales, las hojas verticales de las gramíneas aseguran un mejor
encarrilamiento hacia el suelo y una más completa utilización.
Frente a las ventajas que supone como fuente de agua, el rocío crea en el medio
un exceso de humedad en la base de las plantas y sobre las hojas, que favorece la
germinación de las esporas de algunos hongos parásitos, como el mildiu, las royas, etc.
hasta el punto en que, si persiste bastante tiempo, puede asegurar la penetración de
parásitos en el interior del huésped.
Por último, el rocío puede presentar un aspecto positivo en la práctica
agronómica, al permitir una mejor adherencia de los productos de plaguicidas,
impidiendo su arrastre por el viento y con ello una mayor persistencia de su efecto.
3) AGUA DE LLUVIA
Es sin duda, la fuente mas importante para la planta y, en muchos aspectos,
factor determinante del clima y de los rendimientos.
Desde el punto de vista agrícola, se debe considerar a la lluvia desde distintos
aspectos: cantidad total, frecuencia, distribución en el tiempo e intensidad. Cada uno de
ellos tiene sus propias repercusiones sobre las posibilidades agrícolas de las diferentes
regiones.
Limitándonos al clima de España, se comprueba que la altura total de las lluvias
varía entre límites extraordinariamente amplios. Así, desde la región sudeste de la
Península, con precipitaciones del orden de 200 a 300mm. anuales (222mm de la
estación de Almería; 260mm de la de Totana; 295 mm en Murcia), pasando por las
zonas secas de Aragón (283mm de la estación de Epila, en la provincia de Zaragoza) y
Zamora (320mm de la capital), se llega a comarcas francamente lluviosas como las
gallegas, con precipitaciones superiores a los 1500 milímetros anuales (2431mm en la
estación de Finisterre; 1895 mm de la de Labacolla; 1822 de García Rodríguez; 1509
mm Pontevedra , etc), otras muchas de la costa Cantábrica (1679mm de Irán), así como
las de la sierra de Grazalema (Cádiz), de Segura y Cazorla (Jaén) y de Aracena (Huelva)
con precipitaciones superiores a los 1000mm. En la España insular canaria las
precipitaciones son muy escasas, superando los mínimos del sudeste de la península
(82mm en la estación de los estancos; 145mm en las Palmas y Arrecife)
4) EL GRANIZO
Este fenómeno lo tenemos en cuenta por los estragos mecánicos que ocasionan
al cultivo.
5) LA NIEVE
No constituye una fuente de suministro de agua demasiado importante dado que
una capa de nieve no apretada de 10 centímetros de altura equivale a 10 litros por metro
cuadrado, no obstante en los terrenos de alta montaña el aporte puede ser mucho mayor
al ser mas espesa la capa de nieve.
Agrícolamente, la nieve juega un papel esencial como protección a los cultivos
durante el invierno en las regiones frías contra las temperaturas bajas.
En otro orden de cosas, la nieve produce por la fusión del agua que la constituye
un efecto compactante no despreciable al mismo tiempo que reduce los intercambios
gaseosos entre el suelo y la atmósfera libre.
5.2.2. RIEGO
Además de las aportaciones atmosféricas de agua el agricultor dispone de otros
medios de aporte bajo la forma de RIEGO, que podrá realizarse después de un estudio
de caracterización:
a) Tipo de suelo que se riega (factores edáficos: permeabilidad, poder retentivo,
erosión, etc.)
b) Especie cultivada (caracteres morfológicos y fisiológicos, técnicas culturales,
etc.)
c) Agua utilizada en el riego (caudales disponibles, calidad del agua, etc.)
Una vez analizados estos caracteres, cabe definir el método de riego más
recomendable. Según la distribución del agua, el riego se puede clasificar como:
a) Riego por aspersión.- Se pueden distinguir distintos riegos por aspersión
según la superficie cubierta, la precipitación de los aspersores, la presión,
los caudales hidrantes, etc.
b) Riego en superficie.- Dentro de este tipo de riego, existen diferentes
formas como son por desbordamiento, infiltración, inundación, goteo
superficial, etc.
c) Riego subterráneo.- El riego subterráneo puede realizarse mediante tubos
perforados o tubos porosos.
5.3. CALIDAD DEL AGUA EN LA AGRICULTURA.
El problema de la calidad del agua en la agricultura surge como consecuencia
del uso intensivo de las aguas de buena calidad existentes, que hace que haya que
recurrir a aguas de inferior calidad, que requieren una planificación efectiva (estudios de
suelos, alternativas de manejo, selección de especies de cultivo,...) que evite problemas
consecuentes.
Se entiende como calidad del agua a las características de ésta que pueden
afectar a su adaptabilidad a un uso específico. Cuando el uso al que está destinada un
agua es el riego, la calidad viene definida por sus características físicas y químicas, y
casi nunca por las biológicas. Pero además de estas características, también hay que
tener en consideración el suelo sobre el que se ha de emplear (velocidad de infiltración,
conductividad hidráulica, drenaje, reacciones químicas agua-suelo,...), el sistema de
riego y el manejo del suelo (sistemas de siembra y plantación, fertilización,...), el
cultivo (tolerancia a la salinidad o a la toxicidad), la temperatura del agua y la del medio
ambiente. Todos estos criterios han de ser considerados para la calificación del agua de
riego.
La calificación de un agua de riego tiene su base principal en su contenido en
sales solubles (tipo y cantidad). Por lo general las sales se encuentran en cantidades
relativamente pequeñas pero significativas, y tienen su origen en la disolución o
meteorización de las rocas y suelos, además de la disolución lenta de la caliza, del yeso
y de otros minerales. Las sales son transportadas por las aguas de riego y depositadas en
el suelo, que es donde se acumulan a medida que el agua se evapora o es consumida por
los cultivos.
La adecuación del agua para el riego depende no solo del contenido total de
sales sino también del tipo. A medida que el contenido total de sales aumenta, los
problemas de suelo y cultivos se agravan, lo que requiere el uso de prácticas especiales
de manejo para mantener rendimientos aceptables. La calidad del agua y su
adaptabilidad al riego se determinan por tanto por la gravedad de los problemas que
acarrean, de forma inmediata o después de un uso a largo plazo.
5.3.1. PROBLEMAS DE LA CALIDAD DEL AGUA PARA RIEGO
Los problemas de suelo más comunes, según los cuales se evalúan los efectos de
la calidad del agua, son los relacionados con
1. la salinidad
2. la velocidad de infiltración de agua en el suelo
3. la toxicidad de iones específicos
4. otros problemas.
LA SALINIDAD
El aumento de la concentración de sales en la solución del suelo disminuye el
potencial del agua en el suelo. El proceso de ajuste osmótico que las plantas deben
realizar para mantener una adecuada hidratación provoca una disminución en el
crecimiento relacionada con la concentración total de sales, pues éstas impiden que
el cultivo extraiga suficiente agua de la zona radicular. Las plantas pueden llegar a
presentar síntomas como marchitamiento o aumento del grosor de las hojas.
Las sales son agregadas a la zona radicular del suelo junto con las aguas de riego o
con las aguas de una capa freática alta. Su concentración aumenta a medida que los
cultivos consumen por evapotranspiración gran parte del agua almacenada,
quedando casi todas las sales en el volumen remanente de agua del suelo, cada vez
más pequeño, y concentradas en el fondo de la zona radicular. Con cada riego se
añaden más sales y para evitar su excesiva acumulación en la zona radicular una
parte debe ser eliminada por lixiviación con una determinada cantidad de agua, pues
las sales que crean el problema de la salinidad son solubles y transportadas
fácilmente en el agua. La fracción del agua de riego que atraviesa y percola la zona
radicular se conoce como la fracción de lixiviación o fracción de lavado. La
condición para que se produzca la lixiviación es que se aplique una mayor cantidad
de agua que la consumida por el cultivo durante su período vegetativo. Para evitar
que las sales se acumulen en la zona radicular a concentraciones peligrosas, es
necesario lixiviar una cantidad de sales igual o mayor a la aplicada con el agua de
riego durante un determinado período de tiempo.
Muchos de los problemas de salinidad están asociados a la presencia de un nivel
freático a poca profundidad. Las sales acumuladas en la capa freática ascienden
hacia a zona radicular y constituyen una importante fuente adicional de sales. Por
ello, el control del nivel freático es esencial para mantener con éxito la agricultura
con riego. Si las aguas de riego de las que se dispone presentan un alto contenido en
sales, será necesario mayor cantidad de agua para lixiviar las sales acumuladas, lo
que provoca un mayor riesgo de ascenso del nivel freático, siendo necesario un
adecuado sistema de drenaje.
LA VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN DEL AGUA EN EL SUELO.
Contenidos relativamente altos de sodio, o bajos de calcio en el suelo y agua
reducen la velocidad con que el agua de riego atraviesa la superficie del suelo. El
efecto de un aumento en la proporción Na/Ca en la solución del suelo provoca un
incremento del sodio intercambiable. Dicho incremento puede aumentar la tendencia
a la dispersión de los coloides del suelo con el consiguiente efecto desfavorable
sobre la estructura, aireación y conductividad hidráulica del mismo, perjudicando la
infiltración del agua. Este efecto puede alcanza tal magnitud que las raíces de los
cultivos no reciban suficiente agua entre los riegos, o bien el agua permanezca sobre
el suelo por un tiempo demasiado largo. En algunos casos las aguas con bajos
contenidos de sales originan el mismo problema, debido a que los minerales
solubles, incluyendo el calcio, son disueltos y trasladados a profundidades mayores.
La infiltración del agua depende también de otros factores como son su estructura,
grado de compactación, contenido de materia orgánica, tipo de arcillas,...
Los problemas de infiltración ocasionados por la mala calidad del agua ocurren por
lo general en los primeros centímetros del suelo y están ligados con la estabilidad
estructural de éste y con el contenido de sodio en relación al calcio. Cuando los
cultivos son regados con aguas de alto contenido de sodio, este elemento se acumula
en los primeros centímetros de profundidad. Consecuentemente, los agregados de
esta capa superficial se dispersan en partículas mucho más pequeñas que obturan los
poros del suelo. Este problema también puede ser originado por un contenido en Ca
excesivamente bajo.
LA TOXICIDAD DE IONES ESPECÍFICOS.
Determinados iones (cloro, sodio y boro) del suelo o del agua pueden ser absorbidos
por las plantas y acumulados en sus tejidos durante la transpiración en
concentraciones lo suficientemente altas como para provocar daños y reducir sus
rendimientos, según la sensibilidad de las plantas a los mismos. Los cultivos leñosos
perennes, seguidos de los frutales, son los más sensibles presentando quemaduras en
el borde de las hojas, donde la transpiración es más intensa, y clorosis incluso con
concentraciones bajas. Los problemas de toxicidad frecuentemente acompañan o
complican los de salinidad o de infiltración y pueden aparecer incluso cuando la
salinidad sea baja.
En determinadas ocasiones la absorción foliar o absorción directa a través de las
hojas consecuencia del riego por aspersión es la fuente principal de toxicidad. El
sodio y el cloro son los iones que principalmente absorben las hojas.
Además de los iones citados, muchos otros oligoelementos son tóxicos para las
plantas aun en pequeñas concentraciones, pero estos no suelen encontrarse en las
aguas de riego.
OTROS PROBLEMAS
Los excesos de nutrientes pueden reducir los rendimientos o la calidad de los
cultivos: así, los excesos de nitratos pueden provocar desarreglos nutricionales,
excesivo crecimiento vegetativo y retraso en la maduración de los cultivos con
tendencia a encamarse; los excesos de bicarbonatos, yeso o hierro en el riego por
aspersión pueden provocar deposiciones sobre los vegetales que disminuyen su
calidad con la aparición de manchas en la fruta o en el follaje.
Por otra parte, la presencia de sedientos minerales y sustancias orgánicas en
suspensión puede causar serios problemas en los sistemas de riego tales como
obstrucción de compuertas, obturación de aspersores y emisores de goteo, daños a
los equipos de bombeo, corrosión de los equipos en general,... si no se usan tamices
apropiados. Los sedimentos tienden a llenar los canales y acequias provocando la
necesidad de dragarlos lo cual eleva el coste de mantenimiento, y por último,
tienden a reducir aún más la infiltración de los suelos que de por sí son poco
permeables.
Por último cabe mencionar algunas irregularidades en los cultivos asociadas
frecuentemente con el uso de aguas de riego de pH anómalo.
En posteriores apartados también se mencionara un problema derivado del uso de
aguas residuales para el riego: la transmisión de enfermedades.
5.3.2. EVALUACIÓN Y SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS DE LA CALIDAD.
Para evaluar la calidad del agua habrá que considerar:
1. las posibilidades de que el agua cree condiciones de suelo que puedan restringir
su uso
2. la necesidad de emplear técnicas de manejo especiales para mantener
rendimientos aceptables.
Por ello, la FAO en su cuaderno nº 29 propone unas directrices técnicas para evaluar
el potencial del agua en crear problemas de suelo o de cultivos, acompañadas de
sugerencias sobre alternativas de manejo para solucionar estos problemas (Tabla 1).
Estas directrices han sido aplicadas con éxito para aguas superficiales, subterráneas, de
drenaje, efluentes de desagües y otras aguas residuales. El grado de restricción de uso
según los valores de los parámetros puede ser:
1. “ninguno”.- No se presentan o identifican problemas en los cultivos o en el
suelo.
2. “ligero a moderado”.- Se requiere un cuidado gradualmente mayor en la
selección de los cultivos y de las alternativas de manejo para alcanzar el
potencial máximo de rendimiento.
3. “severo”.- Aparición de problemas de suelo y de cultivo y/o reducción en los
rendimientos. Para lograr rendimientos aceptables es necesario contar con un
manejo hábil y efectivo, específicamente adaptado a la calidad de agua que
ha de emplearse.
En las directrices no se incluye la evaluación de substancias especiales o poco
comunes, como plaguicidas y elementos orgánicos, que en ciertos casos contienen
algunas aguas residuales (los cuadernos de la F.A.O. incluyen una tabla con los límites
de concentraciones de oligoelementos para aguas normales de riego).
En el apartado 5.3.3. se enumeran y comentan los análisis de laboratorio necesarios
para evaluar las aguas de riego.
La solución a los problemas de salinidad del agua se resumen en los siguientes
puntos:
1. Obras de mejora y recuperación: Nivelación, Drenaje subterráneo, Lavados de
recuperación y enmiendas cálcicas.
2. Lixiviación de sales (Cálculo del requerimiento de lavado)
3. Cambio de especies (Cultivos tolerantes a las sales)
4. Mezclas de aguas
5. Métodos de riego (Alta frecuencia)
6. Prácticas complementarias de manejo: Emparejamiento del suelo, subsolado y
labranza profunda, programación de los riegos, emplazamiento de las semillas,
fertilización.
La solución a los problemas de mala infiltración se puede resumir como sigue:
1. Aplicación de enmiendas al agua (para aumentar la salinidad o bajar el SAR
corregido)
2. Mezclas de aguas.
3. Métodos físicos: labranza superficial y subsolado
4. Prácticas complementarias de manejo: aporte de residuos orgánicos, manejo
del riego.
Para los problemas de toxicidad, la solución se puede resumir en los siguientes
puntos:
1. Lixiviación de Cl, Na y B (Requerimientos de lavado)
2. Selección de cultivos
3. Mezclas de aguas
4. Prácticas complementarias: Fertilización para contrarrestar efectos tóxicos
(Na/Ca, Cl/N), cultivos forrajeros y ornamentales (siegas frecuentes, antes de
que aparezca la toxicidad).
Por último, la solución a los problemas de toxicidad se resume en:
1. Lixiviación de los iones tóxicos
2. Selección de cultivos
3. Prácticas de cultivo para lograr un mejor control y distribución del riego:
Nivelación y emparejamiento del terreno, modificación del perfil del suelo.
Drenaje artificial. Aplicación de fertilización y enmiendas.
4. Mezclas de aguas.
Además caben mencionar soluciones concretas a los problemas de toxicidad en
el riego por aspersión, como son:
1. Cambio de método de riego
2. Riego de árboles bajo follaje
3. Selección de especies
4. Riegos nocturnos
5. Aspersores de giro rápido
6. Pluviometría horaria alta
7. Tamaño de gota gruesa.
5.3.3. PARÁMETROS QUE DEFINEN LA CALIDAD DE UN AGUA DE RIEGO
Los análisis necesarios para evaluar un agua de riego son (según “La calidad del
agua en la agricultura” FAO):
- Acidez o Basicidad (pH)
- Conductividad eléctrica a 20º (Eca)
- Total sólidos en solución (TSS)
- Carbonatos
- Bicarbonatos
- Cloruros
- Sulfatos
- Calcio
- Magnesio
- Sodio
- Potasio
- Nitratos
- Amonio
- Fosfato
- Boro
5.4.4. SISTEMAS DE EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA DE
RIEGO.
A las determinaciones más directas recogidas por Ayers y Westcot en el
cuaderno nº 29 de la FAO (1987) les acompañan el cálculo de ciertos índices
complementarios:
• Criterios de salinidad
1. Contenido total de Sales (C.T.S.)
C.T.S. = C.E. a 25º x 0,64
Se expresa en g/l.
2. Salinidad efectiva (Doneen): Cloruros en meq/l
3. Salinidad potencial (Eaton): Cloruros + Sulfatos
• Criterios de sodicidad
4. Relación de adsorción de sodio (S.A.R. o R.A.S.) o criterio de sodicidad.
Se calcula a partir del Na, Ca y Mg en meq/l según la expresión:
RAS = Na / [(Ca + Mg)/2]½
El RAS se refiere a la proporción relativa en que se encuentran el sodio y
los iones calcio y magnesio, de acción sobre el suelo contraria a la del
sodio. Un RAS igual o superior a 10 en un agua implica que esta es
alcalinizante, con el riesgo que supone para la dispersión de los
agregados del suelo, a la pérdida de la estructura y consecuentemente
también de la permeabilidad.
4. Carbonato sódico residual (C.S.R.), (Eaton): es también un criterio de
sodicidad .
CSR = (CO3= + HCO3
-) – (Ca + Mg)
5. RAS ajustado (Ayers y Westcot, 1976): Se utiliza para considerar las
posibles disoluciones o precipitaciones de Ca que se producen cuando el
agua está saturada de cal a la presión parcial de CO2 que existe en el
suelo. Se calcula a partir del RAS del agua de riego arriba mencionado y
del valor de pH teórico para el agua de riego en contacto con cal,
obtenido a partir de tablas (pHc). RASaj = RASar (1+(8,4 – pHc)
6. RAS corregido (Ayers y Westcot, 1987): El RASaj sólo predice bien el
RAS de la solución del suelo superficial si la concentración de iones
calcio y bicarbonato en el agua de riego son similares. Si en el agua de
riego Ca > HCO3-, el RASss < RASaj y viceversa. Por ello definieron un
nuevo parámetro RASº, con la misma expresión del RASar pero
utilizando en lugar del Ca en el agua de riego un valor de Caº (contenido
corregido de Ca en el agua de riego) que se calcula a partir de unas tablas
que tienen en cuenta la salinidad del agua de riego aplicada (ECa), y el
cociente HCO3/Ca de la misma.
7. RAS del agua de drenaje (RASad) (Bower y Rhoades): Se estima a partir
del RASaj , un parámetro de meteorización y la Fracción de lavado. Al
igual que el RAS, su cálculo varía en función de la proporción HCO3/Ca
del agua de riego.
• Criterios de toxicidad.
Recogidos en tablas del cuaderno nº 29 de la FAO.
6. REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN RIEGOS AGRÍCOLAS.
INTRODUCCIÓN.
“Las aguas residuales urbanas son un valioso recurso que debería emplearse
siempre que fuera posible, con las debidas medidas de protección sanitaria...” (OMS
1990).
La escasez de los de recursos hídricos naturales en determinadas zonas, como el
área mediterránea, constituye un problema para las poblaciones asentadas en ellas. La
escasa pluviometría unida al aumento de la población y los requerimientos de agua,
están llevando a un agotamiento o al deterioro de los recursos disponibles.
En estas regiones el uso agrícola del agua representa el mayor porcentaje del
volumen consumido (>80%), por lo que cualquier aprovechamiento que se realice en la
reutilización de agua para este fin representa un ahorro importante de este recurso limitado.
Las aguas residuales urbanas, como consecuencia de la incorporación a las aguas
procedentes de la red de abastecimiento de los restos de la actividad humana e
industrial, presentan un alto contenido en microorganismos aerobios y anaerobios,
elementos orgánicos e inorgánicos disueltos y sólidos en suspensión. Este aporte de
compuestos orgánicos y minerales pueden representar tanto valor fertilizante añadido
como una carga tóxica limitante para su reutilización. Por esto será imprescindible
proceder a la descarga de la contaminación incorporada a las aguas residuales, para
evitar repercusiones indeseables sobre el medio ambiente y la salud pública,
sometiéndolas a un grado de depuración que será función del origen de la carga
contaminante, de la sensibilidad del medio receptor en caso de vertido o de la
reutilización que vayan a tener, en caso de aprovechamiento posterior.
Se pueden tomar cuatro medidas principales, para proteger la salud al
aprovechar aguas residuales:
- tratamiento de éstas,
- restricción de cultivos,
- control de las clases de empleo de las aguas residuales y de la exposición a las
mismas
- fomento de la higiene.
De éstas, el tratamiento de las aguas residuales y la restricción de cultivos han
sido las más ampliamente adoptadas en los sistemas de aprovechamiento controlado. En
los métodos convencionales de tratamiento de agua residuales se acentúa la reducción o
la eliminación de la demanda bioquímica de oxígeno y de los sólidos en suspensión, en
tanto que en el tratamiento para aprovechamiento se exige la eliminación de agentes
patógenos. El ingeniero que pretenda diseñar una planta de tratamiento de aguas
residuales para fines de aprovechamiento debe saber hasta qué punto hay que eliminar
los agentes patógenos excretados. Por tanto, cada sistema de aprovechamiento exige un
objetivo relacionado con la calidad de las aguas residuales tratadas, en lo que respecta a
la máxima concentración permisible de determinados microorganismos. Las directrices
apropiadas para fines de diseño permitirán seleccionar la tecnología de tratamiento de
aguas residuales y las técnicas administrativas de aprovechamiento que ofrezcan el
grado de protección sanitaria que se necesite.
Habrá que producir siempre aguas residuales de la calidad exigida mediante
procesos de tratamiento seleccionados, sin necesidad de vigilancia continua. Por tanto,
se deberá hacer hincapié en la selección y el diseño cuidadosos de plantas de
tratamiento, más bien que en el cuidado extremo en el manejo. Esto reviste particular
importancia en los países en desarrollo donde es deficiente la infraestructura y limitada
la experiencia en el manejo de plantas de tratamiento de aguas residuales y donde la
tecnología más sencilla y barata tendrá las mayores posibilidades de éxito.
6.1. CRITERIOS DE CALIDAD.
La calidad de un agua de riego sólo será óptima si se cuenta con las condiciones
y conocimientos necesarios para garantizar tanto la conservación de la fertilidad del
suelo (características orgánicas, minerales e hidrogeológicas) como la obtención de
productos que respondan a las calidades higiénicas y sanitarias exigibles según su
destino, para lo cual es necesario que el aprovechamiento de aguas residuales se realice
de modo controlado.
Los elementos presentes en las aguas residuales, que pueden limitar su uso en
riego, son los siguientes:
Sólidos en suspensión: Su acumulación da lugar a depósitos de lodos que generan
condiciones anaeróbicas en el suelo, pudiendo, además, provocar obturación en
sistemas de riego localizados.
Materia orgánica biodegradable: Las proteínas, carbohidratos y grasas generan
unas necesidades de oxígeno disuelto, medidas como DBO5 ó DQO (Demanda
bioquímica y química de oxígeno), cuya no satisfacción da lugar al desarrollo de
condiciones sépticas.
Patógenos: La presencia de virus (enterovirus, adenovirus, rotavirus), bacterias
(coliformes, etc.), protozoos o helmintos de origen humano y su posible transmisión
a través de los productos cultivados puede ser origen de diversas enfermedades.
Nutrientes: Los nutrientes como nitrógeno, fósforo ó potasio esenciales para el
desarrollo vegetal, enriquecen las aguas para riego, pero una carga excesiva puede
provocar efectos nocivos para el terreno y/o las aguas subterráneas.
Materia orgánica no biodegradable: Determinados productos tóxicos no
degradables por los sistemas de tratamientos, tales como fenoles, pesticidas y
órganoclorados, pueden limitar el uso en riego.
pH: El pH del agua afecta la solubilidad de los metales y pueden alterar el equilibrio
del suelo.
Metales pesados: Los vertidos industriales, sobre todo, pueden aportar al agua
metales como cadmio, mercurio, cinc y otros, cuya presencia reduce la aplicabilidad
para riego de las aguas residuales por sus efectos tóxicos para los cultivos y la salud.
Conductividad eléctrica: Una excesiva salinidad derivada de la presencia de iones
Na, Ca, Mg, Cl, ó B, puede producir daños a los cultivos y provocar problemas de
permeabilidad en el suelo (SAR).
Cloro residual: Concentraciones de radicales de cloro libre mayores que 0,5 mg/l,
limitan la aplicación del agua a cultivos sensibles.
El conocimiento de todos estos parámetros nos permitirá adecuar el tratamiento a
que deben someterse las aguas residuales para reutilizarlas en riego, en función del tipo de
cultivo a que se apliquen.
En base a los valores de estos parámetros, las aguas residuales urbanas tratadas
para su reutilización en agricultura se pueden clasificar en:
1. Aguas que no presentan restricciones: presentan buena calidad para
cualquier suelo y/o planta. Permiten el riego continuo en cualquier tipo
de suelo.
2. Aguas que presentan un riesgo moderado para su uso: Aguas cuyo uso se
aconseja para plantas tolerantes y suelos de textura fina. Permiten el
riego discontinuo debido al contenido en tóxicos.
3. Aguas que presentan un riesgo severo: Aguas que se utilizan para el
riego de plantas muy tolerantes y suelos de textura fina muy bien
drenados. Permiten el riego discontinuo con muchas precauciones.
6.2. REUTILIZACIÓN.
Para el riego de ciertos cultivos, sobre todo las verduras que se consumen crudas,
se necesitan aguas residuales de alta calidad microbiológica, pero para otros cultivos
selectos se pueden emplear otras de calidad inferior, donde el público no esté expuesto a
contaminación. Los cultivos se pueden clasificar según el grupo expuesto y las medidas de
protección de la salud que exigen, de la manera siguiente:
Categoría A: Se necesita protección para los consumidores, los trabajadores
agrícolas y el público en general. Aquí se incluyen cultivos que se consumen crudos,
frutas regadas por aspersión y lugares sembrados de pasto (campos de deporte,
parques públicos y prados).
Categoría B: Se necesita protección sólo para trabajadores agrícolas. Esto
incluye cultivos de cereales, cultivos industriales (como el algodón y el sisal) y
cultivos alimentarios empleados para fabricación de enlatados, cultivos forrajeros,
praderas y árboles.
En ciertas circunstancias, se podría considerar que algunos cultivos pertenecen a
la categoría B si no se consumen crudos (por ejemplo, la patata) o si crecen a una
distancia considerable del suelo (por ejemplo, el chili). En esos casos hay que evitar la
contaminación del cultivo mediante riego por aspersión o caída al suelo y asegurarse de
que la contaminación de la cocina con esos productos antes de su preparación no
represente un peligro para la salud.
Aquí se dará el nombre de restricción de cultivos a la limitación del uso de
productos agrícolas a los enumerados en la Categoría B. Esto protegerá a los
consumidores pero no a los trabajadores agrícolas ni a sus familias. Por tanto, la
restricción de cultivos no es suficiente por sí sola; debe complementarse con otras
medidas como el tratamiento parcial y el uso controlado de aguas residuales o el control
de la exposición humana. El tratamiento parcial para cumplir con las directrices sobre la
calidad recomendadas para la Categoría B sería suficiente para proteger a los
agricultores en la mayoría de los lugares y más barato que el tratamiento completo.
La restricción de cultivos es factible sobre todo cuando:
• Existe una sociedad consciente del cumplimiento de la ley o donde ésta se
hace cumplir estrictamente.
• Un órgano público controla la asignación y manejo de desechos.
• Un proyecto de riego tiene una acertada administración central.
• Los cultivos a los que se impone la restricción tienen una demanda adecuada
y se venden a un precio razonable.
• Hay poca presión de mercado por la venta de cultivos excluidos (por
ejemplo, los de la Categoría A).
La adopción de la práctica de restricción de cultivos como medio de protección
de la salud en programas de aprovechamiento exigiría un sólido marco institucional y la
capacidad de vigilar, controlar y obligar el cumplimiento de las reglas. Será preciso
indicar a los agricultores por qué se hace necesaria la restricción de cultivos y ayudarles
a introducir un conjunto equilibrado de cultivos que permita utilizar al máximo las
aguas residuales parcialmente tratadas. Quizá también necesiten asistencia en cuanto a
comercialización. En la planificación agrícola nacional habrá que tener en cuenta el
potencial de producción de cultivos que ofrecen los programas de aprovechamiento
restricto con el fin de evitar producción de excedentes.
Respecto a los métodos utilizados en riego, el anegamiento demanda la menor
inversión, pero quizá expone a los agricultores al mayor peligro. El riego por aspersión
no es conveniente para las verduras ni las frutas a menos que el efluente se ajuste a las
condiciones estipuladas en las directrices correspondientes a la Categoría A, y las
verduras no se deben regar por anegamiento. El riego del subsuelo o el localizado, sobre
todo cuando se coloca en la superficie una cubierta plástica (vegetal) protectora, puede
ofrecer el mayor grado de protección de la salud, además de permitir un uso más
eficiente del agua y dar mayores rendimientos. Sin embargo, es costoso y se necesita un
tratamiento seguro y completo del agua (para retirar los sólidos en suspensión) con el
fin de evitar que se tapen los pequeños orificios (emisores) por los que sale lentamente
el agua al suelo. El riego en burbujas, técnica utilizada para el riego localizado de
árboles, evita la necesidad de tener pequeñas aberturas en los emisores para regular la
corriente destinada a cada árbol.
Cuatro grupos de personas pueden estar expuestos al riesgo que acarrea el
empleo de aguas residuales y excretas en agricultura, a saber:
1. Los agricultores y sus familias.
2. Las personas que manejan los productos cultivados.
3. Los consumidores (de productos cultivados, carne y leche),
4. Las personas que viven cerca de los campos respectivos.
Se pueden emplear diversos métodos para controlar la exposición de cada uno de
estos grupos. La finalidad se centra en evitar su contacto directo con los agentes
patógenos de los desechos o evitar enfermedades una vez realizado el contacto.
Entre las medidas para proteger a los agricultores y a las personas que manejan
los cultivos están el uso de ropa protectora (para evitar el contacto con los agentes
patógenos), estrictas prácticas de higiene (para eliminar cualquier agente patógeno
existente) y quizá la inmunización contra determinadas infecciones o su control
quimioterapéutico como medida paliativa provisional (para evitar una infección
conducente a enfermedad). Por ejemplo, la exposición de los agricultores a la infección
causada por anquilostomas se puede reducir con el uso de calzado apropiado en el
campo, pero eso tal vez sea difícil donde la gente suele trabajar descalza. No es posible
inmunizar a la población contra la helmintiasis o la mayoría de las enfermedades
diarreicas; sin embargo, quizá valga la pena considerar la inmunización de grupos muy
expuestos contra la fiebre tifoidea y la hepatitis A. Otras medidas de protección de la
salud incluyen la provisión de establecimientos médicos adecuados para tratar las
enfermedades diarreicas, la quimioterapia regular para tratar las infecciones infantiles
intensas por nemátodos, y el control de la anemia. La quimioterapia y la inmunización
no son estrategias adecuadas de protección de la salud, pero podrían ser provechosas
como medida paliativa provisional.
En los programas de aprovechamiento de aguas residuales en agricultura y
acuicultura, es posible reducir los riesgos para los consumidores cocinando los
alimentos antes del consumo y observando estrictas normas de higiene. Por tanto, en las
campañas de educación sanitaria hay que prestar la debida atención a la higiene de los
alimentos. Sin embargo, es difícil cambiar la conducta de los consumidores y mejorar
las prácticas de preparación de los alimentos y de higiene personal y esa estrategia en sí
puede servir sólo parcialmente para controlar los efectos desfavorables del riego con
aguas residuales. La transmisión de la tenia se puede prevenir con inspección de la
carne.
La población local debe mantenerse bien informada sobre la ubicación de todos
los campos en los que se emplean aguas residuales para que se abstenga de entrar a ellos
y evite que los niños lo hagan. No se ha comprobado que quienes viven cerca de los
campos regados por aspersión con aguas residuales estén muy expuestos a riesgos. Sin
embargo, no se deben usar aspersores a una distancia de 50 a 100 metros de las casas o
los caminos para evitar que se mojen los peatones.
Se necesita tener cuidado especial para que los trabajadores, residentes y
visitantes no utilicen aguas residuales para beber o para uso doméstico por accidente o
porque no tienen otra alternativa. Por tanto, el suministro de agua potable de buena
calidad es una medida indispensable de control de la exposición y todos los canales,
tubos y colas de salida de aguas residuales deben marcarse como tales y, de preferencia
pintarse de un color distintivo. Será preciso emplear aditamentos especiales de conexión
con las bocas de salida para evitar el uso indebido.
En los sistemas de acuicultura, la mejor forma de controlar la esquistosomiasis
es mediante el tratamiento de las aguas residuales y el control de los caracoles, aunque
la quimioterapia regular sería provechosa en las zonas endémicas. Hay que informar a la
población local sobre qué estanques se han fertilizado con desechos. Los servicios de
abastecimiento de agua y saneamiento, que reducen la necesidad de entrar en contacto
con el agua de estanques, también son importantes para el control de la exposición
humana.
7. CRITERIOS SANITARIOS PARA LA REUTILIZACIÓN DE AGUAS
RESIDUALES DEPURADAS URBANAS EN EL RIEGO AGRÍCOLA Y ZONAS
VERDES. JUNTA DE ANDALUCÍA, O PARA LA COMUNIDAD AUTÓNOMA
ANDALUZA.
7.1. ASPECTOS GENERALES.
Los recursos hídricos disponibles en Andalucía son generalmente insuficientes
para satisfacer las necesidades que la sociedad actualmente demanda de agua en
cantidad y calidad.
Este déficit hídrico crea la necesidad de adoptar una serie de medidas que
mejoren la gestión del recurso, a través de la potenciación del ahorro de agua y el mejor
aprovechamiento del recurso existente.
Además de estas medidas, es necesario abordar actuaciones encaminadas al
incremento de los recursos propios, y en este marco cabe la reutilización de las aguas
residuales urbanas depuradas. Así, el Acuerdo Andaluz por el Agua recoge el impulso
de esta actividad, desde la Administración Andaluza, con las condiciones de calidad
adecuadas.
7.2. LEGISLACIÓN.
Según lo establecido en la Ley 29/1985, de Aguas, y el Real Decreto 849/1986
por el que se aprueba el reglamento del dominio público hidráulico, la reutilización de
las aguas residuales requiere el siguiente procedimiento administrativo:
• Concesión administrativa (Confederación Hidrográfica)
• Informe sanitario vinculante (Conserjería de Salud)
• Autorización de vertidos (Confederación Hidrográfica)
7.3. ASPECTOS AMBIENTALES. EUTROFIZACIÓN.
Desde el punto de vista ambiental, la reutilización de aguas residuales ofrece
varios aspectos positivos como:
− Utilización más racional del recurso hídrico.
− Proporciona un mayor grado de depuración del agua finalmente excedente
incorporada a los medios acuáticos.
− Permite la reducción de uso de abonos.
− El riego, en zonas de escasos recursos hídricos, favorece la recuperación de
tierras desérticas.
Hemos detallado los aspectos positivos de la reutilización y uso de las aguas
residuales depuradas. No obstante hay un factor muy a tener en cuenta en las zonas
húmedas, por la convergencia de contaminaciones, bien naturales, bien debido a
actividades del hombre como la agricultura, la industria y los usos domésticos, que
llevan a los ecosistemas acuáticos a un proceso de EUTROFIZACIÓN que lo podemos
describir como un proceso medioambiental que implica el aumento de la actividad
biológica que produce el excesivo crecimiento de algas por el incremento de materia
orgánica. Actualmente el proceso de eutrofización se determina estableciendo las
relaciones entre NO3-/P y NH4
+/P, siendo los valores de estas relaciones las siguientes:
NO3-/P 5:1 – 15:1
NH4+/P 6,4:1 – 25:1
Entre estos valores se presenta eutrofización de aguas.
7.4. ASPECTOS SANITARIOS.
La depuración de las aguas residuales urbanas, mediante adecuados tratamientos,
permite reducir la presencia de agentes microbiológicos patógenos y de sustancias
químicas nocivas. Ahora bien esta reducción, que no eliminación, ocasiona una
situación de riesgo en caso de nueva utilización del agua, tanto para la población en
general, como para los trabajadores expuestos en particular.
En general los riesgos sanitarios que la reutilización de aguas residuales puede
ocasionar, requieren la aplicación de medidas para proteger la salud que pueden
agruparse en cuatro categorías principales:
• Procesos de tratamiento de depuración de las aguas residuales.
• Restricción del cultivo o zona a regar.
• Método de aplicación del agua residual depurada.
• Grado de la exposición humana.
Por ello, la reutilización de agua residual urbana depurada, conlleva el
establecimiento de unos criterios mínimos de calidad que desde el punto de vista
sanitario, permita su utilización y aplicación sin riesgo para la salud pública.
En el ámbito estatal no hay normativa que regule las condiciones básicas de la
reutilización, ni las características físico-químicas y microbiológicas exigibles al agua
residual depurada para su aprovechamiento en los diversos usos posibles.
En este sentido, un importante complemento reglamentario sobre la
reutilización, se desarrollará a través de la planificación hidrológica, y esta se realizará
mediante los Planes Hidrológicos de Cuenca y el Plan Hidrológico Nacional.
7.5. CRITERIOS SANITARIOS.
Tanto en cuanto no se establezcan estas condiciones básicas, y dada la
importancia que el tema alcanza en Andalucía, la Consejería de Salud estableció en el
año 1994 unos criterios sanitarios mínimos que permitan evitar los riesgos potenciales
que pudieran derivarse de la reutilización de aguas residuales urbanas depuradas en el
riego agrícola y de zonas verdes. Estos criterios se fundamentan principalmente en las
Directrices dadas por la Organización Mundial de la Salud para el uso sin riesgos de
aguas residuales depuradas en la agricultura.
7.5.1. CRITERIOS GENÉRICOS.
Las aguas residuales urbanas depuradas destinadas al riego agrícola y de
zonas verdes, deben cumplir unos requisitos de calidad microbiológica y físico-
química que se especifican en los anexos I y II, establecidos en función de los
usos previstos.
Cuando el uso del agua residual se destine al riego de campos deportivos,
zonas verdes, viveros y cultivos no destinados al consumo humano o animal, se
excepciona la obligatoriedad de cumplir los requisitos de calidad exigidos para
metales pesados y recogidos en el anexo II.
Si el método de riego que se utiliza es la aspersión, hay que tener en
cuenta las siguientes consideraciones a fin de minimizar el grado de exposición
humana:
• Los aerosoles no podrán alcanzar de forma permanente a los trabajadores, ni
a vías públicas de comunicación y áreas habitadas.
• Se guardará una distancia de seguridad mínima de 150m a las áreas
habitadas.
• Deben interponerse obstáculos o pantallas que limiten la propagación de los
aerosoles a la vía pública.
• En el riego de campos deportivos y zonas verdes urbanas, deben instalarse
aspersores de corto alcance o baja presión.
• Este método de riego no se utilizará en cultivos bajo cubierta.
A fin de evitar situaciones de riesgo o accidentes, por norma general, en
todas las zonas donde se utilicen para el riego aguas residuales urbanas
depuradas, deben instalarse carteles o indicaciones que lo señalice con claridad.
7.5.2. REQUISITOS QUE DEBEN REUNIR LAS ARUS PARA EL
RIEGO AGRÍCOLA Y DE ZONAS VERDES (ANEXO 1).
CALIDAD DEL
AGUA (1)
TIPO DE CULTIVO O
ZONA A REGAR
METODO DE
RIEGO QUE
PUEDE
UTILIZARSE
OTRAS CONDICIONES
QUE DEBEN
CUMPLIRSE
Nº Nematodos
intestinales (*): <1/l
Nº Coliformes
fecales: <200/100
ml
Riego de campos
deportivos y zonas verdes
de acceso público
Cualquiera
El riego no debe realizarse
en horas de afluencia del
público
Nº Nematodos
intestinales (*): <1/l
Nº Coliformes
fecales: <1000/100
ml
Riego de cultivos de
consumo en crudo Cualquiera
Nº Nematodos
intestinales (*): <1/l
Riego de cultivos
industriales, madereros,
forrajeros, cereales y
semillas oleaginosas,
viveros, cultivos destinados
a industrias conserveras,
productos vegetales que se
consuman cocinados y
árboles frutales
Cualquiera
excepto:
Aspersión e
inundación para el
riego de hortalizas
Aspersión para el
riego de árboles
frutales
El riego de árboles frutales
con este tipo de agua debe
suprimirse al menos dos
semanas antes de la
recolección y la fruta no
debe ser recogida del suelo
El riego de pastos para
consumo en verde debe
cesar al menos dos semanas
antes de que se permita
apacentar al ganado
No se establecen
límites pero se exige
un tratamiento de, al
menos,
sedimentación
primaria
Riego de cultivos
industriales, madereros,
forrajeros, cereales,
semillas oleaginosas y
zonas verdes no accesibles
al público
Localizado
(*)Áscaris, Trichuris y Ancylostoma
Se considerará que la calidad del agua es conforme con las condiciones
requeridas si las muestras recogidas en un mismo punto, durante un año, cumplen
que:
� El 95% de las muestras no exceden del valor límite establecido para
nematodos intestinales.
� El 90% de las muestras no exceden del valor límite establecido para
coliformes fecales.
7.5.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS Y FRECUENCIA DE MÍNIMA
MUESTREO Y MEDICIÓN.
MÉTODO DE ANÁLISIS FRECUENCIA
NEMATODOS
INTESTINALES
Método de Teichman (sedimentación,
centrifugación y conteo al microscopio). Semanal
COLIFORMES
FECALES
Recuento del NMP o filtración y cultivo con
identificación de colonias. Semanal
7.5.4. CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE METALES EN LAS
AGUAS RESIDUALES DEPURADAS DESTINADAS A RIEGO
AGRÍCOLA.
mg/l METODO DE ANALISIS FRECUENCIA
Cadmio 0.05 Absorción atómica Semestral
Cromo 0.1 Absorción atómica o espectrofotometría de
absorción Semestral
Cobre 5.0 Absorción atómica o espectrofotometría de
absorción Semestral
Mercurio 0.1 Absorción atómica Semestral
Níquel 2.0 Absorción atómica Semestral
Plomo 0.5 Absorción atómica Semestral
Zinc 10.0 Absorción atómica o espectrofotometría de
absorción Semestral
Se considerará que la calidad de las aguas es conforme con las condiciones requeridas si
los análisis de las muestras en un mismo punto, durante un año, cumplen que:
• El 95% de las muestras no exceden del valor límite de los parámetros.
• El 5% de muestras que exceden del valor límite de los parámetros no sobrepasa
en más del 50% dicho límite.
8. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PATÓGENOS EN LAS AGUAS
RESIDUALES URBANAS.
La desinfección es considerada como el principal mecanismo para la
desactivación o destrucción de organismos patógenos con el fin de prevenir la
dispersión de enfermedades transmitidas a través del agua, tanto a los usuarios aguas
abajo como al ambiente. Es muy importante que el agua residual sea tratada
adecuadamente antes de realizarse las actividades de desinfección para que la acción de
cualquier desinfectante sea eficaz. Algunos de los microorganismos encontrados
comúnmente en aguas residuales domésticas y las enfermedades asociadas a ellos se
presentan en la Tabla 1.
TABLA 1 AGENTES INFECCIOSOS POTENCIALMENTE PRESENTES EN AGUAS
RESIDUALES DOMÉSTICAS NO TRATADAS
8.1. CLORO.
APLICABILIDAD
El cloro es el desinfectante más usado para el tratamiento del agua residual
doméstica porque destruye los organismos a ser inactivados mediante la oxidación del
material celular. El cloro puede ser suministrado en muchas formas que incluyen el gas
de cloro, las soluciones de hipoclorito y otros compuestos clorinados en forma sólida o
líquida. Algunas de las alternativas de desinfección incluyen la ozonización y la
desinfección con radiación ultravioleta (UV). La selección de un desinfectante adecuado
para una instalación de tratamiento depende de los siguientes criterios:
� La capacidad de penetrar y destruir los gérmenes infecciosos en condiciones
normales de operación.
� La facilidad y seguridad en el manejo, el almacenamiento y el transporte.
� La ausencia de residuos tóxicos y de compuestos mutagénicos o carcinógenos.
� Costos razonables de inversión de capital y de operación y mantenimiento
(O/M).
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
El cloro es un desinfectante que tiene ciertos limitantes en términos de
salubridad y seguridad, pero al mismo tiempo tiene un largo historial como un
desinfectante efectivo. Antes de decidir si el cloro reúne las condiciones para su uso por
parte de una municipalidad es necesario entender las ventajas y desventajas de este
producto.
Ventajas
� La cloración es una tecnología bien establecida.
� En la actualidad la cloración es más eficiente en términos de costo que la
radiación UV o la desinfección con ozono (excepto cuando la descloración y el
cumplimiento con requisitos de la prevención de incendios son requeridos).
� El cloro residual que permanece en el efluente del agua residual puede
prolongar el efecto de desinfección después del tratamiento inicial, y puede ser
medido para evaluar su efectividad.
� La desinfección con cloro es confiable y efectiva para un amplio espectro de
organismos patógenos.
� El cloro es efectivo en la oxidación de ciertos compuestos orgánicos e
inorgánicos.
� La cloración permite un control flexible de la dosificación.
� El cloro puede eliminar ciertos olores molestos durante la desinfección.
Desventajas
� El cloro residual, aún a bajas concentraciones, es tóxico a los organismos
acuáticos y por ello puede requerirse la descloración.
� Todas las formas de cloro son muy corrosivas y tóxicas. Como consecuencia,
el almacenamiento, el transporte y el manejo presentan riesgos cuya prevención
requiere normas más exigentes de seguridad industrial.
� El cloro oxida ciertos tipos de materiales orgánicos del agua residual
generando compuestos más peligrosos (tales como los metanos trihalogenados
[MTH] ).
� El nivel total de sólidos disueltos se incrementa en el agua efluente.
� El cloro residual es inestable en presencia de altas concentraciones de
materiales con demanda de cloro, por lo cual pueden requerirse mayores dosis
para lograr una desinfección adecuada.
� Algunas especies parásitas han mostrado resistencia a dosis bajas de cloro,
incluyendo los oocistos de Cryptosporidium parvum, los quistes de Entamoeba
histolytica y Giardia lamblia, y los huevos de gusanos parásitos.
� Se desconocen los efectos a largo plazo de la descarga de compuestos de la
descloración al medio ambiente.
CRITERIOS DE DISEÑO
Cuando el gas de cloro y las sales de hipoclorito se añaden al agua, se produce la
hidrólisis y la ionización para formar ácido hipocloroso (HOCl) e iones de hipoclorito
(OCl), también conocidos como cloro libre disponible. El cloro libre reacciona
rápidamente con el amoníaco en efluentes no nitrificados para formar compuestos
combinados de cloro, principalmente monocloramina, la cual es la forma de cloro que
predomina en la práctica.
Cloración
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo del proceso de cloración usando cloro
en forma gaseosa y líquida. Para su desempeño óptimo, un sistema de desinfección con
cloro debe operar con flujo en pistón y ser muy turbulento para lograr una mezcla inicial
en menos de un segundo. El objetivo de un mezclado apropiado es el fomentar la
desinfección al iniciar una reacción entre el cloro libre en la corriente de solución de
cloro con el nitrógeno amoniacal. Esto previene que concentraciones elevadas de cloro
persistan y formen otros compuestos clorinados.
Otro proceso importante que contribuye a una desinfección óptima es el
contacto. La cámara de contacto debe ser diseñada con vértices redondeados para
prevenir áreas sin circulación y deflectores que minimicen el flujo en corto circuito.
Este diseño proporciona un tiempo de contacto adecuado entre los microorganismos y el
cloro a una concentración mínima durante un periodo de tiempo específico.
El grado de desinfección requerido de cualquier sistema de desinfección por
cloración puede ser obtenido mediante la variación de la dosis y el tiempo de contacto.
La dosis de cloro varía con base en la demanda de cloro, las características del agua
residual y los requisitos de descarga del efluente. La dosis generalmente tiene un rango
de 5 a 20 miligramos por litro (mg/l). La Tabla2 describe algunas de las características
del agua residual y su impacto en la cloración.
Hay otros factores que aseguran condiciones óptimas de desinfección; estos
incluyen la temperatura, la alcalinidad y el contenido de nitrógeno. Todos los criterios
clave de diseño deben ser evaluados en estudios piloto del sistema de desinfección con
cloro con anterioridad a su aplicación a mayor escala.
Descloración
Después de la desinfección el cloro residual puede persistir por muchas horas en
el efluente. La mayoría de los gobiernos estatales no permiten el uso del cloro cuando se
hacen descargas a aguas receptoras en estado natural debido a sus efectos en las
especies acuáticas, a menos que se minimicen estos efectos, para lo cual debe hacerse la
descloración del agua residual. La descloración es el proceso de remoción de los
residuos libres y combinados de cloro para reducir la toxicidad residual luego de la
cloración y antes de su descarga. El dióxido de sulfuro, el bisulfito de sodio, y el
metabisulfito de sodio son los compuestos comúnmente usados como químicos de
descloración. El carbón activado también ha sido utilizado. El total del cloro residual
puede ser normalmente reducido a un nivel no tóxico a la vida acuática.
Los sistemas de cloración/descloración son más complejos de operar y mantener
que los sistemas de cloración. La Figura 1 muestra un diagrama del sistema de
cloración/descloración utilizando dióxido de azufre.
b
FIGURA 1 SISTEMA PARA CLORACIÓN CON GAS DE CLORO Y
DESCLORACIÓN CON DIÓXIDO DE AZUFRE USANDO CONTROL EN
CIRCUITO POR COMPUESTO: (a) INYECCIÓN DE CLORO LÍQUIDO; (b)
INYECCIÓN DE GAS DE CLORO POR INDUCCIÓN
8.2. LUZ ULTRAVIOLETA.
El sistema de desinfección con luz ultravioleta (UV) transfiere energía
electromagnética desde una lámpara de vapor de mercurio al material genético del
organismo (ADN o ARN). Cuando la radiación UV penetra en las paredes de la célula
de un organismo, esta destruye la habilidad de reproducción de la célula. La radiación
UV, generada por una descarga eléctrica a través de vapor de mercurio, penetra al
material genético de los microorganismos y retarda su habilidad de reproducción. La
eficacia del sistema de desinfección con luz ultravioleta depende de las características
del agua residual, la intensidad de la radiación, el tiempo de exposición de los
microorganismos a la radiación y la configuración del reactor. Para cualquier planta de
tratamiento, el éxito de las actividades de desinfección está directamente relacionado
con la concentración de componentes coloidales y de partículas en el agua residual. Los
componentes principales del sistema de desinfección con luz UV son las lámparas de
vapor de mercurio, el reactor y los balastros electrónicos (ballasts). La fuente de luz UV
son las lámparas de arco de mercurio de baja o mediana presión, bien sea de intensidad
baja o alta. La longitud de onda óptima para desactivar eficazmente los
microorganismos se encuentra en el rango de 250 a 270 nm. La intensidad dela
radicación emitida por la lámpara se disipa a medida que la distancia de la lámpara
aumenta. Las lámparas de baja presión emiten básicamente luz monocromática a una
longitud de onda de 253.7 nm. Las longitudes estándar de las lámparas de baja presión
son de 0.75 y 1.5 metros, y sus diámetros van de 1.5 a 2.0 cm. La temperatura ideal de
la pared de la lámpara se encuentra entre 95 y 122 oF.
Las lámparas de mediana presión son generalmente utilizadas en instalaciones
de mayor tamaño. Estas lámparas de luz UV tienen una intensidad germicida
aproximadamente 15 a 20 veces mayor que las lámparas de baja presión. La lámpara de
mediana presión desinfecta más rápido y tiene más capacidad de penetración debido a
su mayor intensidad. Sin embargo, estas lámparas operan a temperaturas más altas con
un mayor consumo de energía eléctrica. Existen dos tipos de configuraciones de reactor
para el sistema de desinfección con luz UV: de contacto, y sin contacto. En ambos
casos, el agua residual puede fluir en forma perpendicular o paralela a las lámparas.
En el caso del reactor de contacto, la serie de lámparas de mercurio está
recubierta con mangas de cuarzo para minimizar los efectos de enfriamiento del agua
residual. La Figura 1 muestra dos reactores de contacto de luz UV, uno con lámparas
sumergidas ubicadas en forma paralela a la dirección del flujo del agua residual, y el
segundo con lámparas perpendiculares. Compuertas de bisagra o vertederos son
utilizadas para controlar el nivel del agua residual.
En el caso del reactor sin contacto, las lámparas de luz UV se encuentran
suspendidas fuera, en un conducto transparente que transporta el agua residual que va a
ser desinfectada. Esta configuración no es tan común como la configuración del reactor
de contacto. En ambos tipos de reactores, el balastro –o caja de control– proporciona el
voltaje de inicio para las lámparas y mantiene una corriente continua.
Fuente: Crites and Tchobanoglous, 1998.
(a) adaptado de Trojan Technologies, Inc.
(b) adaptado de Infilco Degremont, Inc.
Figura 1 Planos Isométricos de los Sistemas Típicos de Desinfección con luz UV
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas:
• La desinfección con luz UV es eficaz para la desactivación de la mayoría de los virus,
esporas y quistes.
• La desinfección con luz UV es más un proceso físico que una desinfección química, lo
cual elimina la necesidad de generar, manejar, transportar, o almacenar productos
químicos tóxicos, peligrosos o corrosivos.
• No existe ningún efecto residual que pueda afectar a los seres humanos o cualquier
organismo acuático.
• La desinfección con luz UV es de uso fácil para los operadores.• La desinfección con
luz UV tiene un período de contacto más corto en comparación con otros desinfectantes
(aproximadamente de20 a 30 segundos con la utilización de las lámparas de baja
presión).
• El equipo de desinfección con luz UV requiere menos espacio que otros métodos.
Desventajas:
• La baja dosificación puede no desactivar efectivamente algunos virus, esporas y
quistes.
• Algunas veces los organismos pueden reparar o invertir los efectos destructivos de la
radiación UV mediante un “mecanismo de reparación”, también conocido como
fotoreactivación o, en ausencia de radiación, como “reparación en oscuro”.
• Un programa de mantenimiento preventivo es necesario para controlar la acumulación
de sólidos en la parte externa de los tubos de luz.
• La turbidez y los sólidos suspendidos totales (SST) en el agua residual hacen que la
desinfección con luz UV sea ineficaz. El uso de la desinfección con lámparas UV de
baja presión no es tan efectivo en el caso de efluentes secundarios con niveles de SST
mayores a 30 mg/l.
• La desinfección con luz UV no es tan económica como la desinfección con cloro, pero
los costos son competitivos cuando la cloración requiere descloración y se cumple con
los códigos de prevención de incendios.
APLICABILIDAD
Cuando se selecciona un sistema de desinfección con luz UV, existen tres áreas
críticas que deben considerarse. La primera la determina principalmente el fabricante; la
segunda, el diseño y las actividades de operación y mantenimiento; y la tercera debe ser
controlada en la instalación de tratamiento. El seleccionar un sistema de desinfección
con luz UV depende de los tres factores críticos que se enumeran a continuación:
• Propiedades hidráulicas del reactor: Con preferencia, un sistema de
desinfección con luz UV debe tener un flujo uniforme con un movimiento axial
suficiente (mezcla radial) para lograr una máxima exposición a la radiación UV. La
trayectoria que un organismo toma en el reactor determina la cantidad de radiación a la
cual es expuesto antes de la desactivación. Un reactor se debe diseñar para eliminar el
flujo en cortocircuito y/o las zonas estancadas o estáticas que pueden dar lugar al uso
ineficaz de la energía y la reducción del tiempo de contacto.
• Intensidad de la radiación UV: Los factores que afectan la intensidad son la
edad de las lámparas, la formación de depósitos en las lámparas, y la configuración y la
ubicación de las lámparas en el reactor.
• Características del agua residual: Estas incluyen el caudal, los sólidos
suspendidos y coloidales, la densidad bacteriana inicial, y otros parámetros físicos y
químicos. La concentración de SST y la de microorganismos asociados con las
partículas determinan la cantidad de radiación UV que en última instancia llega al
organismo a ser desactivado. Mientras más altas sean estas concentraciones, menores la
radiación UV que es absorbida por los organismos. Las diversas características del agua
residual y sus efectos sobre la desinfección con luz UV se detallan en la Tabla 2.
La desinfección con luz UV puede ser utilizada en plantas de diversos tamaños que
cuenten con niveles de tratamiento secundario o avanzado.
8.3. OZONO.
El ozono se produce cuando las moléculas de oxígeno (O2) son disociadas por
medio de una fuente de energía produciendo átomos de oxígeno que posteriormente
chocan con una molécula de oxígeno para formar un gas inestable, el ozono (O3), que se
utiliza para desinfección de las aguas residuales. La mayoría de las plantas d tratamiento
de aguas residuales generan ozono mediante la aplicación de una corriente alterna de
alto voltaje (6 a 20kilovoltios) a través de una brecha entre placas dieléctricas de
descarga en donde se encuentra un gas de alimentación que contiene el oxígeno. El
ozono es generado en la planta debido a que el gas es inestable y se descompone en
oxígeno elemental en un período corto de tiempo después de su generación. El ozono es
un oxidante y agente germicida de virus muy fuerte. Los mecanismos de desinfección
asociados con el uso del ozono incluyen:
• La oxidación o destrucción directa de la pared de la célula con la salida de
componentes celulares fuera de la misma.
• Las reacciones con los subproductos radicales de la descomposición del ozono.
• El daño a los componentes de los ácidos nucleicos (purinas y pirimidinas).
• La ruptura de las uniones de carbono-nitrógeno que conduce a la
despolimerización.
Cuando el ozono se descompone en agua, los radicales libres del peróxido de
hidrógeno (HO2) y del hidróxido (OH) que se forman tienen gran capacidad de
oxidación y desempeñan un papel activo en el proceso de desinfección. En general se
cree que las bacterias son destruidas debido a la oxidación protoplasmática, dando como
resultado la desintegración de la pared de la célula (fisuramiento o lisis de la célula).
La eficacia de la desinfección depende de la susceptibilidad de los organismos a
ser tratados, del tiempo de contacto y de la concentración de ozono. Un diagrama lineal
del proceso de desinfección con ozono se muestra en la Figura 1. Los componentes de
un sistema de desinfección utilizando ozono incluyen la preparación del gas de
alimentación, la generación del ozono, el contacto con el ozono, y la destrucción del
ozono. El aire o el oxígeno puro se utilizan como fuente de oxígeno en el gas de
alimentación, el cual es transmitido al generador de ozono a una tasa establecida de
flujo. La fuente d energía para la producción es generada mediante una descarga
eléctrica en un gas que contenga oxígeno. Los generadores de ozono son comúnmente
clasificados de acuerdo a:
• El mecanismo de control (voltaje o unidad de frecuencia).
• El mecanismo de enfriamiento (agua, aire, o agua más aceite).
• El arreglo físico de las placas dieléctricas (vertical u horizontal).
• El nombre del inventor.
Si bien los generadores de ozono fabricados por diversas compañías tienen
características únicas, estos también tienen algunas configuraciones en común. El
método de descarga eléctrica es la fuente de energía más comúnmente utilizada para la
producción de ozono. El aire extremadamente seco u oxígeno puro se exponen a una
descarga controlada y uniforme de alto voltaje a una frecuencia alta o baja. El punto de
condensación del gas de alimentación debe ser igual o menor de -60 oC (-76oF). La
corriente de gas generada del aire contiene cerca del 0.5 a 3.0% de ozono por peso,
mientras que el oxígeno puro genera aproximadamente de 2 a 4veces esa concentración.
Después de su generación, el ozono es llevado a una cámara de contacto de flujo
vertical de caída que contiene el agua residual a ser desinfectada.
FIGURA 1 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL PROCESO DE OZONIZACIÓN
El propósito principal de la cámara de contacto es transferir el ozono que se
encuentra dentro de la burbuja de gas al cuerpo del líquido mientras que se permite
suficiente tiempo de contacto para la desinfección. Los tipos de cámara de contacto de
burbujas difusas comúnmente utilizados (bien sea en dirección del flujo o a
contracorriente) son los de inyección de presión positiva, de presión negativa (Venturi),
de agitación mecánica y las torres de lecho fijo.
Debido a que el ozono se consume rápidamente, debe proveerse un contacto
uniforme en una cámara de flujo en pistón (tubular). Los gases de escape de la cámara
de contacto deben ser tratados para destruir cualquier ozono restante antes de ser
liberados a la atmósfera. Por lo tanto, es esencial mantener una dosificación óptima del
ozono para una mejor eficacia. Cuando se utiliza el oxígeno puro como gas de
alimentación, los gases de escape de la cámara de contacto pueden ser reciclados para
generar el ozono o para la reutilización en el tanque de aireación. Los gases de escape
del ozono que no se utilizan se envían a una unidad de destrucción de ozono o se
reciclan.
Los parámetros principales de control del proceso son la dosis, la mezcla y el
tiempo de contacto. Los sistemas de desinfección por medio de ozono tienen como
objetivo maximizar la solubilidad del ozono en el agua residual ya que la desinfección
depende de la transferencia del ozono al agua residual. La cantidad de ozono que se
disuelve en el agua residual a una temperatura constante es una función de la presión
parcial del ozono gaseoso sobre el agua o en la corriente del gas de alimentación. Es
crítico que todos los sistemas de desinfección que utilizan ozono sean evaluados a
escala piloto y calibrados antes de la instalación para asegurar que se cumplan con los
requisitos del permiso de descarga en los sitios específicos de uso.
Aplicabilidad
La desinfección con ozono se utiliza generalmente en plantas de tamaño
mediano o grande una vez que el agua residual haya recibido por lo menos tratamiento
secundario. Además de la desinfección, otro uso común del ozono en el tratamiento del
agua residual es el control de malos olores.
La desinfección con ozono es el método menos utilizado en los Estados Unidos
aún cuando en Europa esta tecnología ha tenido una amplia aceptación por varias
décadas. El tratamiento con ozono tiene la capacidad de lograr niveles más altos de
desinfección en comparación con el cloro o la luz ultravioleta; sin embargo, los costos
de inversión así como los gastos de mantenimiento no son competitivos con las
alternativas disponibles. Por lo tanto, el ozono es utilizado con poca frecuencia,
principalmente en casos especiales en los cuales otras alternativas no son efectivas.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas:
• El ozono es más eficaz que la utilización del cloro para la desinfección o
destrucción de virus y bacterias.
• El proceso de ozonización utiliza un período corto de contacto
(aproximadamente de 10 a30 minutos).
• No existen residuos peligrosos que necesiten ser removidos después del
proceso de ozonización, porque el ozono se descompone rápidamente.
• Después del proceso de ozonización, los microorganismos no crecen
nuevamente, a excepción de aquellos que están protegidos por las partículas en la
corriente de agua residual.
• El ozono es generado dentro de la planta, existiendo así muy pocos problemas
de seguridad industrial asociados con el envío y el transporte.
• El proceso de ozonización eleva la concentración de oxígeno disuelto (O.D.)
del efluente. El incremento O.D. puede eliminar la necesidad de reaireación y también
puede incrementar el nivel de O.D. en la corriente de agua receptora.
Desventajas
• La baja dosificación puede no desactivar efectivamente algunos virus, esporas
o quistes.
• El proceso de ozonización es una tecnología más compleja que la cloración o la
desinfección con luz ultravioleta, por lo cual se requieren equipos complicados y
sistemas de contacto eficientes.
• El ozono es muy reactivo y corrosivo, requiriendo así de materiales resistentes
a la corrosión tales como el acero inoxidable.
• El proceso de ozonización no es económico para las aguas residuales con altas
concentraciones de sólidos suspendidos(SS), demanda bioquímica del oxígeno(DBO),
demanda química de oxígeno, o carbono orgánico total.
• El ozono es extremadamente irritante y posiblemente tóxico, así que los gases de
escape que salen de la cámara de contacto deben ser destruidos para evitar que los
trabajadores estén expuestos a ellos.• El costo del tratamiento puede ser
relativamente alto en cuanto a la inversión de capital y la demanda de energía
eléctrica.
8.4. OTROS SISTEMAS.
� Uso de compuestos químicos con carga positiva. Estos atraen los sólidos
con carga negativa del agua (principalmente huevecillos de lombriz). De esta
manera, se forman aglomerados mayores que caen y se sedimentan. Para
terminar el proceso se pasa el agua a través de filtros, donde los huevecillos -
-muy pegajosos-- se quedan adheridos. "Con esto podemos producir agua de
dos calidades: con hasta cinco huevos de helminto por litro, apta para regar
cultivos que serán procesados (como el algodón); y otra que cumple con las
normas de la OMS aplicables a cultivos que se consumirán crudos".
Este sistema de tratamiento físico-químico elimina totalmente los
patógenos, dejando materia orgánica y elementos en cantidades suficientes
para seguir fertilizando nuestros suelos
� Uso de lagunaje en sistemas cerrados, donde se propicia la formación de
ozono en el medio.
