Influencia del contenido en materia orgá- nica sobre las propiedades físicas del suelo · 2009. 10. 8. · Influencia del contenido en materia orgá-nica sobre las propiedades físicas

Influencia del contenido en materia orgá-nica sobre las propiedades físicas del suelo

Organic matter content influence on soil phy-sical properties

FERNANDEZ RUEDA, Mª. J. y PAZ GONZALEZ, A.

Soil physical characteristics of agricultural soils with a range of texture and organic matter con-tent, i. e., dry and wet pore space organisation, were investigated. In order to study the speci-fic effect of organic matter for each soil, frequently both grassland and cultivated adjacent landwere sampled. Because of the complexity of the soil particle structure, measurements were per-formed at the textural level on 2-3 mm aggregates. The compactness of grassland horizons wasfound to be lower than that of its cultivated counterparts. Mercury intrusion porosimetry sho-wed that lacunar pores prevailed, whose volume increased as organic carbon content increa-sed. The volume of clay-fabric pores was very small and did not appear to depend on the varia-tion in organic matter content. Water content near saturation increased with increasing orga-nic matter content and for potentials of about 1,500 kPa water retention curves tended to con-verge. Pore size distribution patterns as measured mercury intrusion porosimetry and derivedfrom water retention characteristics were compared. The low shrinkage potential of modera-tely coarse and medium textured soils was also verified. A lack of potential for regeneration ofgood soil structure by fragmentation was deduced from the shrinkage curves.

Key words: soil aggregates, organic matter, pore space, Hg porosimetry, water retention,shrinkage.

FERNANDEZ RUEDA, Mª. J. y PAZ GONZALEZ, A. (Facultad de Ciencias. Universidad de A Coruña.A Zapateira, 15.071. A Coruña).

Cadernos Lab. Xeolóxico de LaxeCoruña. 1998. Vol. 23, pp. 101-119

INTRODUCCION

La organización de la fase sólida delsuelo viene condicionada en gran partepor su composición; de ésta tambiéndependen las características del espacioporoso, en el que se desarrollan procesoscomo el intercambio de iones y los fenó-menos de transferencia de agua y calor.Aunque en la fase sólida ocurren numero-sas reacciones fisico-químicas, su compo-sición se mantiene relativamente estable,si se considera a escala macroscópica ypara procesos a corto plazo.

En los horizontes superficiales de lossuelos agrícolas, la estructura natural estásometida a modificaciones súbitas induci-das por laboreo, lo que puede originar lareordenación, degradación y compacta-ción de los elementos estructurales. Ellaboreo, a medio plazo, modifica el estatusorgánico del suelo, de donde se infiere laimportancia del estudio de la evolución dela estabilidad de la estructura en funciónde la dedicación.

Desde el punto de vista morfológicose distinguen dos niveles de organizaciónde la estructura, según la escala de obser-vación adoptada: la microestructura, quese observa al microscopio, en lámina del-gada, y la macroestructura, que se observavisualmente en el campo. El sistema poro-so, cuya organización espacial resultacomplementaria de la de la fase sólida,también se ha subdividido más o menosarbitrariamente en clases.

De la distinción entre macro y micro-estructura provienen los conceptos deporosidad textural, definida por el volumenrelativo del espacio vacío entre los agrega-dos y porosidad estructural, definida por el

espacio vacío interagregados. Se admiteque la porosidad textural depende esen-cialmente de la composición del suelo y semantiene relativamente constante a lolargo del tiempo. A escala estructural laorganización de los suelos agrícolas varíaen función del laboreo, la actividad bioló-gica y el clima, por lo que el sistema poro-so se considera más coyuntural.

Aunque el concepto de estructura seutilice universalmente, no existe una únicadefinición de esta propiedad. STENGEL(1979, 1990) propuso relacionar dichoconcepto con las técnicas analíticas utili-zadas para su estudio, lo que da lugar auna definición operativa de la estructura.Los fundamentos en que se basan las téc-nicas de medida de la estructura se redu-cen a determinar uno de los dos compo-nentes siguientes: disposición espacial delas partículas sólidas (o el espacio porosocomplementario) que constituyen el sueloo naturaleza e intensidad de las unionesentre partículas. Otros autores han defini-do la estructura en base a criterios menosrestrictivos. DEXTER (1988) consideraque la estructura del suelo es el resultadode la heterogeneidad espacial y la variabi-lidad temporal de los componentes orgá-nicos y minerales del mismo. KAY (1990)postula que la estructura puede ser carac-terizada en términos de arquitectura u orga-nización espacial, estabilidad y resiliencia ocapacidad de regeneración.

El término arquitectura se usa para des-cribir la organización heterogénea de laspartículas sólidas y los espacios porosos, yse refiere no sólo a la porosidad total sinotambién a la distribución del tamaño deporo y a la continuidad del sistema poro-so.

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La estabilidad de la estructura puededefinirse como la capacidad del suelo paramantener la arquitectura de la fracciónsólida y el espacio poroso. La persistenciade la estructura a una escala de tiempocomo el período vegetativo de un cultivose concibe según una doble vertiente:resistencia de los agregados a la acción delagua y deformación por acción de losesfuerzos mecánicos.

La resiliencia es la capacidad del suelopara recobrar su organización primitivapor procesos naturales de agregación, unavez que se reducen o anulan las fuerzascausantes de la degradación.

Se considera poco probable que existauna sola propiedad física que permita efec-tuar una caracterización de la estructurabajo todos los suelos, condiciones climáti-cas y tipos de cultivo. Sin embargo, seadmite que en la mayor parte de los suelosde cultivo las propiedades más importantesque permiten describir y evaluar las carac-terísticas de la estructura son: el sistemaporoso, la resistencia mecánica y la estabi-lidad al agua (LETEY, 1985; KAY, 1990).

La dinámica de la estructura está con-siderada como un proceso muy complejo,debido al número, la diversidad y la inter-dependencia de los factores que la condi-cionan. Dado que esta dinámica no sepuede describir de un modo global, enmuchos estudios se suelen analizar losmecanismos de los que depende. Losprincipales factores naturales que inter-vienen en la estabilidad al agua y la resis-tencia mecánica de las unidades estructu-rales del suelo son: la alternancia de ciclosde humectación-desecación, hielo-deshie-lo y la acción de los organismos biológi-

cos. En síntesis, la organización del arma-zón tridimensional, o arquitectura delsuelo, en un momento dado es el resulta-do del efecto neto de los diversos proce-sos que modifican la estructura del mismoa diferentes escalas y con distintas intensi-dades.

Con independencia del parámetro utili-zado para caracterizar la estabilidad, las uni-dades estructurales de pequeñas dimensio-nes tienden a ser más resistentes y estables.Por contra, la estabilidad disminuye siaumenta el tamaño de estas unidades(CARTER, 1990; GUERIF, 1994).

En este trabajo se lleva a cabo unacaracterización de la porosidad textural desuelos agrícolas a partir de determinacio-nes físicas complementarias, que com-prenden el espacio poroso total, la distri-bución del tamaño de poro equivalente enseco y húmedo y las curvas de retracción.Los suelos estudiados presentan unamplio rango de contenidos en materiaorgánica, lo que permite analizar lainfluencia de este factor sobre diversosentornos de tamaño de poro.

MATERIAL Y METODOS

Los suelos estudiados se seleccionaronatendiendo a su susceptibilidad a la degra-dación física y a su dedicación agrícola. Lamayor parte de las muestras se puedenconsiderar representativas de dos de lasprincipales comarcas agrícolas de laComunidad Autónoma de Galicia, comoson Terra Cha (Lugo) y la zona delComplejo de Ordenes (La Coruña); ade-mas, se estudió un suelo desarrolladosobre calizas de la comarca deMondoñedo (Lugo) y otro sobre sedi-


mentos de la comarca de Celanova(Orense). Se analizaron 22 horizontes, deellos 19 superficiales y 3 subsuperficiales.

Se llevaron a cabo en la tierra fina,tamizada a 2mm, análisis químicos gene-rales, determinaciones granulométricos(siguiendo los métodos descritos en GUI-TIAN y CARBALLAS, 1976) y medidasde densidad real. Las determinacionesfísicas más importantes, como intrusiónde Hg, curvas características de humedady curvas de retracción se efectuaron enagregados de 2-3 mm.

Análisis de las propiedades físicas

La densidad real se determinó por pic-nometría; en cada muestra se efectuó lamedida por triplicado. La densidad apa-rente se determinó en alícuotas de aproxi-madamente 3g constituidas por agregadosde 2-3 mm. La muestra se satura con que-roseno, determinándose el volumen pordesplazamiento en el seno del mismolíquido, de acuerdo con el principio deArquímedes (MONNIER et al., 1973;FIÈS & STENGEL, 1981).

Para expresar el volumen de los porosa partir de la densidad aparente (da) y ladensidad real (dr) se utilizaron dos varia-bles, porosidad (n), y el índice de poros(e), calculadas mediante las expresionessiguientes:

(1)

(2)

Las curvas características de humedadse determinaron en fase de desecación.

Previamente, los agregados se saturaron avacío parcial (-70 kPa), utilizando un apa-rato de Richards modificado (De LEÓN1990). Después de saturación, las mues-tras de suelo se equilibran durante 48horas a los siguientes potenciales: -5, -10,-50, -100, -300, -1000 y -1500 kPa.

La determinación de la relación hume-dad ponderal-volumen específico se efec-tuó en fase de desecación. La preparaciónde la muestra se inicia saturando aproxi-madamente 100 g de agregados naturalesde 2-3 mm; estos agregados se disponenformando una monocapa que se somete avacío parcial (-70 kPa) y se lleva a condi-ciones próximas a saturación, por aplica-ción de una succión de -3 cm (-0,3 kPa)durante 48 horas. A continuación, se efec-túa una desecación en condiciones con-troladas bajo la acción de gel de sílice; aintervalos regulares (aproximadamentecada 1/2 hora) se toman alícuotas de 2 gcon contenidos hídricos decrecientes;estas alícuotas se embeben inmediatamen-te en queroseno. Por tanto, para evaluar ladensidad aparente, el volumen se midepor desplazamiento en queroseno - yadescrito - y la masa por desecación enestufa a 105º C. Los resultados se expre-saron representando el contenido hídricoen su expresión gravimétrica frente alvolumen específico (Mc GARRY &MALAFANT, 1987).

Las curvas de contracción se utiliza-ron para calcular un índice de estabilidadestructural del suelo, definido por STEN-GEL et al. (1984), denominado capacidadde contracción potencial (Sp). El valor deSp se deduce a partir del índice de poros


de los agregados saturados (-0,3 kPa), emax,y secos, es , según la expresión:

Sp = emax - es (3)

Se admite que el valor de Sp, medidoen laboratorio, es un valor potencial omáximo ya que los agregados se saturarondispuestos en monocapa. En condicionesnaturales, en general, el empaquetamientoes más denso que el que corresponde auna monocapa.

La distribución del tamaño de poro sedeterminó con la técnica de intrusión deHg. La medida se llevó a cabo en alícuo-tas de 1,7-2 g formados por agregados de2-3 mm. Se utilizó un porosímetro mode-lo Micromeritics 9310 con dos unidades,una para macroporos y otra para micro-poros, que permite operar desde 3 x 10-3hasta 200 mPa (FIÈS & BRUAND,1990).Asumiendo que los poros son cilíndricos,el diámetro equivalente medio, d, se cal-cula a partir de la presión, P, ejercida paraforzar la entrada de Hg, la tensión super-ficial, s, y el ángulo de contacto, Q, según:

(4)

Con este dispositivo se miden diáme-tros equivalentes entre 415 mm y 60 nm;para efectuar los cálculos se empleó unvalor medio de Q = 130º, y s = 0,484 N .m-1.

COMPOSICION DE LAS MUES-TRAS

En la tabla 1 se presenta informacióngeneral acerca de los 22 horizontes selec-cionados. El material original sobre el quese desarrollan los suelos estudiados son

sedimentos cuaternarios y terciarios,esquistos pelíticos, gabro y caliza. Engeneral, la toma de muestra se realizó enparcelas vecinas con distinta dedicación,cultivo y prado temporal o permanente,pretendiendo, con ello, obtener muestrasde textura similar y diferentes contenidosen materia orgánica (FERNANDEZRUEDA, 1997).

Los datos generales (pH en H2O yKCl, materia orgánica y textura) se con-signan en la tabla 2. La textura de 18 de lasmuestras estudiadas oscila de moderada-mente gruesa a media (franco-arenosa,franca, franco-limosa y franco-arcilloso-arenosa), según los criterios USDA(1975); este conjunto se caracteriza por uncontenido en limo más elevado que el dela media de los suelos de Galicia, mientrasque la cantidad de arcilla es poco impor-tante y similar a la de otros suelos de laComunidad Autónoma, de texturas másligeras. Las 4 muestras restantes presentantextura fina; se trata de horizontes arcillo-sos de Terra Cha (Lugo).

Los horizontes superficiales seleccio-nados presentan una amplia gama de con-tenidos en materia orgánica, que oscilanentre 2,03% y 13%. Si se tienen en cuentalos horizontes subsuperficiales la oscila-ción entre los máximos y los mínimos estodavía más amplia. Por ello, se prestaparticular atención al estudio de lainfluencia de la materia orgánica sobre laorganización del espacio poroso.

Al planificar el muestreo en parcelasadyacentes, se esperaba que los suelos deprado presentasen contenidos en materiaorgánica más elevados que los de cultivode la misma localidad. Este resultado seobtiene para localidades con pradera


semipermanente, como se aprecia al com-parar las muestras 9 y 10. Sin embargo, sipradera y cultivo alternan en la rotaciónno se puede generalizar lo anterior, demodo que el contenido en materia orgáni-ca de parcelas contiguas puede ser mayoren el suelo de prado que en el de cultivo(muestras 7/8 y 11/12), del mismo orden(muestras1/2 y 14/15) e incluso inferior(muestras 5/6 y 17/18).

Por otra parte en algunas localidades,aunque las muestras se tomaron en parce-las contiguas y de topografía similar (3/4

y 13/14) no se obtuvo una textura homo-génea, siendo las diferencias de arcillaentre parcelas vecinas importantes, delorden de un 4%; estas diferencias no cabeatribuirlas a imprecisiones del método demedida, sino que serían el resultado de lavariabilidad espacial de la textura entreparcelas.

RESULTADOS Y DISCUSION

Al calcular, en primer lugar, la porosi-dad total a partir de los datos de densidad

TABLA 1. Información general sobre los suelos estudiados.


real y densidad aparente, se pudo apreciarya la relación entre dedicación del suelo ycompacidad del mismo. En efecto, comose aprecia en la figura 1, en general, en lasparcelas de cultivo la porosidad total fuesiempre inferior a la de las parcelas adya-centes, dedicadas a prado. La excepción aesta regla la constituyen las muestras11/12, desarrolladas sobre sedimentosterciarios extraordinariamente arcillosos.

En la mayor parte de los pares demuestras vecinas, este resultado se puede

atribuir a la modificación del estatus orgá-nico que induce el laboreo del suelo, demodo que se aprecia un buen paralelismoentre la reducción del contenido en mate-ria orgánica de las parcelas dedicadas acultivo y la disminución de la porosidadtotal. Así, por ejemplo, en el par de mues-tras 9/10, las diferencias tanto de carbonototal como de porosidad entre dedicacio-nes son relativamente amplias; por el con-trario, en el par 7/8 estas dos variables

TABLA 2. Composición de los horizontes estudiados ((1) = pH en H20; (2) = pH en KCl; C =carbono; M. O. = materia orgánica; A G = arena gruesa; A F = arena fina; L G = limogrueso; L F = limo fino; T = Textura).


presentan pocas diferencias entre prado ycultivo.

Sin embargo, el contenido en materiaorgánica no es el único factor que deter-mina la porosidad, ya que en algunasmuestras, como en el par 1/2, la porosi-dad total es mayor en el suelo de prado apesar de que el contenido en carbono esdel mismo orden en éste que en el de cul-tivo; incluso cuando el contenido en car-bono total es mayor bajo cultivo, comoocurre en el par de muestras 6/7, la poro-sidad total también presenta valores máselevados en el suelo de prado. Esto poneen evidencia que, junto al contenido encarbono orgánico, existen otros factoresque inciden sobre la porosidad; entre elloscabe mencionar la deformación causadapor las labores agrícolas, que es másintensa bajo cultivo que bajo prado.

En consecuencia, los dos factoresprincipales a los que cabe atribuir la dis-minución de la porosidad total son, porun lado, la reducción del contenido de

materia orgánica hasta niveles que puedandeterminar la eventual inestabilidad de losagregados, y, por otro, la compacidadinducida durante el laboreo.

Porosimetría de intrusión de Hg

De acuerdo con la clasificación deGREENLAND (1977), se pueden distin-guir las siguientes categorías de poros: detransmisión (500-50 μm), de almacena-miento (50-0,5 μm) y residuales (< 0,5μm). Por otra parte, FIÈS (1984), puso enevidencia que a escala textural el espacioporoso se puede subdividir en:

—Un espacio poroso lagunar, formadopor huecos originados durante la retrac-ción de la fase arcillosa, que es indepen-diente de las partículas arenosas que cons-tituyen el esqueleto.

—Un espacio poroso propio de la fasearcillosa, que se desarrolla en el interior deésta y que habitualmente sólo se pone en

Fig. 1. Porosidad total en parcelas adyacentes dedicadas a prado y cultivo.


evidencia para contenidos de arcilla mayo-res del 20%.

Estadísticamente, FIÈS (1984) pudocomprobar que el límite entre ambostipos de espacio poroso se correspondecon un diámetro equivalente de 0,05 mm.

La distribución del tamaño de poropor intrusión de Hg se determinó en 20muestras. En las figuras 2 y 3 se presentanejemplos de los resultados obtenidos ensuelos de textura media y fina, respectiva-mente.

En la mayor parte de las curvas seaprecia un claro predominio de una solafase de entrada de Hg, de modo que, enprimera aproximación, la distribución deltamaño de poro puede ser descrita comounimodal. Cuando la textura es franca,franco-arenosa y franco-limosa, es muchomás importante la porosidad de almace-namiento que la residual, mientras que enlas muestras de textura arcillosa abundamás la porosidad residual.

La fase mayor o principal de entradade Hg corresponde a entornos de tamaño

Fig. 3. Curvas de intrusión de Hg y pendiente de las mismas en muestras de textura fina y dife-rente contenido en materia orgánica.

Fig. 2. Curvas de intrusión de Hg y pendiente de las mismas en muestras de textura media y dife-rente contenido en materia orgánica.


de poro cuyas dimensiones presentan unclaro paralelismo con la granulometría.En los horizontes de texturas más gruesas(franco-arenosas y francas) el máximo deentrada de Hg ocurre a diámetros de poroequivalentes comprendidos entre 10 y 0,1μm; en las muestras más arenosas se apre-cia que la ocupación del espacio porosolagunar de los agregados ya comienza adiámetros equivalentes mayores de 10μm. En los horizontes de textura arcillo-sa, por contra, la fase mayor de entrada deHg está desplazada a diámetros equivalen-tes de poro inferiores, de modo que el diá-

metro más frecuente se sitúa entre 0,01 y0,02 μm.

En la tabla 3 se presenta un resumende los datos de porosimetría, que incluyentanto el volumen total de Hg que ocupalos poros de cada una de las muestras,como la cantidad del mismo que corres-ponde a los diversos intervalos de tamañode poro, según la clasificación de GRE-ENLAND (1977); también figura en estatabla el diámetro equivalente medio.

Se aprecia que en pares de muestrascon textura similar y contenidos en mate-ria orgánica diferentes, la muestra másorgánica presenta porosidad total más ele-

TABLA 3. Porosidad total, de transmisión, almacenamiento, residual y diámetro equivalente de 20 hori-

zontes, de acuerdo con los datos obtenidos por intrusión de Hg (Porosidad total y para distin-

tos intervalos en cm3/100g; Diám. equi., es el diámetro equivalente en mm).


vada. Además, en pares de muestras desuelos con textura similar y contenidos enmateria orgánica del mismo orden demagnitud, el volumen total de Hg intruí-do es poco diferente.

Si se consideran únicamente los suelosde texturas gruesas y medias (muestras 1 a16) se aprecia que la materia orgánica expli-ca buena parte de la varianza del Hg totalintruído; en efecto, el coeficiente de corre-lación entre materia orgánica y volumentotal de poros, (r2 = 0,45), es significativopara un nivel de P < 0,05.

En relación con los datos de diámetroequivalente, consignados en la tabla 3, hayque destacar el hecho de que pares demuestras tomadas en la misma localidadbajo distinta dedicación presenten siem-pre diferencias importantes; esto se cum-ple incluso cuando el contenido en mate-ria orgánica y la porosidad total son simi-lares. Por esta razón, el diámetro equiva-lente parece ser un parámetro más ade-

cuado que la porosidad total para caracte-rizar el efecto global de la dedicaciónsobre la organización de los agregados aescala textural.

No sólo la porosidad total, sino tam-bién el volumen que ocupan los poros detransmisión, almacenamiento y residuales(tabla 3) puede estar relacionado con lacomposición orgánica. Así, comparandopares de muestras con granulometríasimilar se pone de manifiesto que unaumento del contenido en materia orgáni-ca determina que se acreciente el volumenocupado por los poros de tamaño medio,es decir de aquellos entornos de tamañode poro que de acuerdo con GREEN-LAND (1977) cumplen funciones dealmacenamiento o de aquellos que FIÈSdenomina porosidad lagunar. Así, el coe-ficiente de correlación entre porosidad dealmacenamiento y materia orgánica (r2 =0,46), muy similar al que presenta la poro-sidad total con esta variable.

Fig. 4. Ejemplo de curvas características de humedad para texturas similares y diferentes conte-nidos en materia orgánica.


En definitiva, en los suelos estudiadosse aprecian importantes diferencias deporosidad de almacenamiento y lagunarque no corresponden a una variación detextura significativa.

Por contra, en pares de muestras de lamisma localidad la microporosidad, refe-rida tanto a la porosidad residual de GRE-ENLAND (1977) como a los poros de lafase arcillosa de FIÈS (1984) se mantienerelativamente constante, no apreciándosediferencias significativas cuando varía elcontenido en materia orgánica. Por lotanto, diferencias de contenido en materiaorgánica no parecen afectar a este entor-no de tamaños de poro.

Estos resultados, que están de acuerdocon los presentados por GUERIF (1989)y PAZ y GUERIF (1993), se han inter-pretado como una consecuencia de la pre-sencia de partículas de materia orgánicalibre que actuarían sobre la arquitecturade los agregados de un modo similar a laspartículas de arena y limo, modificando laorganización textural en el sentido deincrementar el volumen ocupado por losporos de tipo lagunar.

Curvas características de humedad

En relación con las curvas característi-cas de humedad, el primer resultado quecabe resaltar es la influencia de la materiaorgánica sobre la retención hídrica. Así,en la figura 4, se pone de manifiesto que apotenciales hídricos bajos, próximos asaturación, el agua retenida por el suelo, ypor lo tanto la porosidad, aumenta con elcontenido en materia orgánica, lo queconfirma los resultados de HAMBLIN

(1985) y GUERIF (1989). Si a potencialespróximos a saturación (entre 0,3 y 1 kPa)se aprecian diferencias significativas encuanto agua retenida a un potencial dadoen función de la dedicación del suelo y desu contenido en materia orgánica, porcontra, a potenciales próximos al puntode marchitez las curvas características dehumedad tienden a converger. Son pocaslas excepciones observadas, relativas adatos puntuales disconformes con estemodelo general.

En la tabla 4 se presentan, los resulta-dos de contenido hídrico a capacidad decampo (10 kPa) y punto de marchitez(1.500 kPa) así como el agua útil, obteni-da por diferencia, para los 22 horizontesestudiados. Asimismo, se presentan datosde la porosidad de almacenamiento para20 horizontes obtenida por intrusión deHg.

A escala textural, el agua útil de loshorizontes analizados oscila entre 6g/100g en la muestra 21 y 32,4 g/100genla número 13. Se aprecian dos gruposde horizontes con reservas de agua útilrelativamente poco importantes a estaescala: por una parte, los suelos de textu-ra arcillosa y, por otra, algunos horizontessuperficiales de textura ligera (muestras 11y 12) que presentan contenidos en mate-ria orgánica elevados.

Al comparar pares de horizontescon distinta dedicación, se aprecia queotro de los efectos de la materia orgáni-ca es el incremento de la reserva deagua útil. En muestras con textura simi-lar y diferente contenido en materiaorgánica, la oscilación de agua útil secifra entre 2,2 g/100g (muestras 7/8) y


4,8 g/100g (muestras 9/10). Sin embar-go, aún cuando el contenido en materiaorgánica no sea muy diferente, se pue-den observar, diferencias de agua útilentre dedicaciones de hasta 4 g/100g.Cuando oscila entre pares de muestrasno sólo el contenido de materia orgáni-ca sino también la cantidad de arcilla,las diferencias en las reservas de aguaútil son mucho más elevadas fijándoseen 12,9 g/100g (muestras 3/4) y 14,3g/100g (muestras 13/14).

Curvas de retracción

La contracción de los suelos en estadonatural puede describirse mediante 3fases, descritas ya por HAINES (1923) yreconocidas por otros autores (STEN-GEL, 1981), que se caracterizan por larelación de dependencia entre contenidohídrico (DW) y reducción de volumen(DV):

- Contracción estructural DV > DW- Contracción normal DV = DW

TABLA 4. Contenido hídrico a 10 y 1500 kPa, agua útil (Au) y porosidad de almacenamiento,determinada por intrusión de Hg.

- Contracción residual DV < DW

La contracción a escala estructural se apre-cia sólo en suelos naturales, y no se dis-tingue cuando se analizan pequeños agre-gados, naturales o remoldeados.

Durante la contracción normal, ya en elrango propio de la escala textural, lareducción de volumen y la pérdida deagua son equivalentes.

En la fase de contracción residual, la pér-dida de agua nuevamente es mayor que ladisminución de volumen.

Por otra parte, HAINES (1923), dis-

tinguió tres dominios en una curva deretracción:

1) Una parte lineal, la recta de satura-ción, a lo largo de la cual la disminuciónde volumen de la muestra equivale exacta-mente al volumen de agua cedido. El lími-te inferior de la recta de saturación se llamalímite de entrada de aire.

2) Una parte intermedia, la recta deretracción residual, en la cual ya hay entradade aire en el material. Su límite inferior sellama límite de retracción.

3) Una parte final en que la porosidadya no varía y la muestra permanece a volu-


Fig. 5. Curvas de retracción en muestras de textura media y contenido en materia orgánica dife-rente.

Fig. 6. Curvas de retracción en muestras de textura fina.

men constante. En esta fase el contenidohídrico es inferior al punto de marchitez.

La descripción de la dinámica de laretracción se suele presentar utilizandocomo coordenadas el contenido hídricogravimétrico y el volumen específico. Laprincipal ventaja de este sistema estriba enque permite observar directamente si aldisminuir el volumen de la muestra elagua perdida es reemplazada o no por airey en que proporción entra aire en el siste-ma poroso.

En las figuras 5 y 6 se presentan datosde retracción determinados en agregadosde 2-3 mm, así como las curvas teóricasajustadas por regresión para suelos de tex-tura media y fina, respectivamente.

Los datos experimentales presentanuna variabilidad importante, lo que deter-mina cierto nivel de imprecisión en la eva-luación de los dos puntos singulares de lascurvas: el límite de entrada del aire (Wa) yel límite de retracción (We). De las figuras5 y 6 se infiere que en el dominio corres-pondiente al límite de retracción, el cam-bio de pendiente entre las fases de con-tracción normal y residual únicamente seaprecia con nitidez en los suelos arcillo-sos. Como consecuencia, en los horizon-tes de texturas gruesas y medias, la deter-minación del punto de entrada de aire(We) resulta poco precisa, de tal modo quemuchas de las curvas de retracción podrí-an describirse mediante una doble recta.

La dispersión de la medida es másimportante en los horizontes de texturaligera y contenidos elevados en materiaorgánica. Por lo tanto, al evaluar los índi-ces Wa y We, la precisión parece más débil

en aquellos horizontes con contenidoselevados en materia orgánica.

En el dominio próximo a saturación,se aprecian diferencias entre la recta desaturación y la de contracción normal, demodo que ambas tienden a discurrir para-lelas. Esto significa que la muestra desuelo no se pudo saturar totalmente en lascondiciones experimentales estándard; lasdificultades para alcanzar la saturaciónpueden ser debidas bien al elevado conte-nido en materia orgánica o bien a conte-nidos altos de arcilla.

Al comparar horizontes superficialesde la misma localidad, los dedicados a cul-tivo tienden a presentar valores inferioresde volumen específico (mayor densidadaparente) que los de prado. Estas diferen-cias de volumen específico son particular-mente importantes para contenidos hídri-cos situados por debajo del límite deentrada de aire (We); en este rango dehumedades se aprecian siempre en paresde horizontes con distinta dedicación y lamisma textura, tanto si el contenido enmateria orgánica decrece en la parcela decultivo como si se mantiene del mismoorden que en la parcela de prado e inclu-so cuando es mayor en la de cultivo queen la de prado.

Las curvas de retracción pueden pro-porcionar índices, relevantes desde elpunto de vista físico, para evaluar cuanti-tativamente la estructura y en su caso ana-lizar el efecto de la dedicación sobre laspropiedades y la fertilidad física del suelo.Como señalan Mc GARRY & MALA-FANT (1987) son munerosos los índicesque se pueden obtener a partir de las cur-vas de retracción, entre los que destacan el


punto de entrada de aire o la capacidad deexpansión potencial.

En el límite de entrada de aire (Wa) seaprecia, al comparar las 18 primerasmuestras, que los suelos de prado presen-tan contenidos hídricos sistemáticamentemás altos que los de cultivo de la mismalocalidad. Es evidente el paralelismo entreestos resultados y los discutidos al analizarlas curvas características de humedad. Enefecto, a potenciales próximos a satura-ción, se apreciaron siempre diferenciassignificativas de las curvas de pF en fun-ción de la dedicación del suelo, que sepudieron explicar como consecuencia delefecto conjunto de diferencias en el con-tenido en materia orgánica y en el gradode compacidad. A pequeñas diferenciasde materia orgánica entre dedicaciones, lecorresponden valores de contenido hídri-co en el límite de entrada de aire (Wa) rela-tivamente próximos, mientras que cuandola diferencia de materia orgánica entrededicaciones es muy importante, la hume-dad en el límite de entrada de aire esmucho más elevada en el suelo de pradoque en el de cultivo

Los resultados obtenidos para el con-tenido hídrico en el límite de retracción(Wr), en horizontes con distinta dedica-ción, son más aleatorios. Esto se debeprobablemente a la imprecisión en la eva-luación de este límite en suelos tan pocoexpandibles como los de texturas ligera ymedia estudiados.

Hay que señalar, no obstante, quecuando, en vez de los contenidos hídricoscorrespondientes al límite de entrada deaire (Wa) y límite de retracción (Wr), seconsideran los potenciales hídricos en

estos límites, las diferencias entre suelosde prado y cultivo con texturas similaresno se ponen de manifiesto. Por tanto loslímites característicos de las curvas deretracción, cuando se define en términosde succión y no de contenido hídrico, noparecen estar influenciados por el conte-nido en materia orgánica, tanto en loshorizontes de texturas ligeras y mediascomo en los de texturas pesadas.Resultados similares han sido puesto demanifiesto por GUERIF (1989), quienconcluye que el fenómeno de retracción,cuando se describe en función del poten-cial hídrico del suelo, no depende del con-tenido en materia orgánica.

En el conjunto de suelos de texturaligera y media se comprueba que el volu-men específico a saturación depende delcontenido en materia orgánica, por lo queen pares de muestras de textura similar,presentan sistemáticamente valores mayo-res en los horizontes con mayor en carbo-no, independientemente de la dedicación.El índice de poros a saturación, magnitudque depende al mismo tiempo de la den-sidad real y aparente, presenta en estossuelos un notable paralelismo con el volu-men específico medido en las mismascondiciones de saturación.

El volumen específico en seco de loshorizontes de textura ligera y media mues-tra una mayor dependencia de la dedica-ción que del contenido en carbono, con-trariamente a lo que ocurre con el volu-men específico a saturación. Al igual queel contenido hídrico del punto de entradade aire (Wa) es este un índice que propor-ciona valores más altos en los suelos deprado que en los de cultivo, aún cuando el


contenido en materia orgánica de la mues-tra de cultivo pueda ser superior a la de lahomóloga bajo prado.

En definitiva, como cabe esperar,todos los suelos arcillosos estudiados pre-sentan una elevada compacidad en seco.Dentro de los suelos de textura ligeras ymedia, la compacidad en seco tambiénpuede ser muy elevada.

Es necesario indicar, una vez más, queen los pares de muestras de textura simi-lar y con distinta dedicación no siemprelas muestras de prado son las que presen-tan mayor contenido en materia orgánica.En relación con ello, los índices obtenidosa partir del intervalo de contracción nor-mal como el volumen específico o el índi-ce de poros están relacionados con el con-tenido total en materia orgánica. Por con-tra, los índices deducidos del intervalo decontracción residual, como el volumenespecífico en seco la diferencia (Wa - Wr)y el límite de entrada de aire (Wa) descri-ben mejor la dedicación del suelo y pare-cen depender menos del contenido totalde carbono.

Se analizaron también datos de expan-sión potencial calculada mediante el pará-metro Sp (STENGEL et al., 1984), pordiferencia entre el índice de poros de losagregados saturados y secos. El índice deexpansión potencial, Sp, permitiría evaluarla capacidad del suelo para regenerar suestructura durante los ciclos de humecta-ción-desecación. STENGEL et al. (1984)sitúan en 25% el valor límite por debajodel cual el suelo carece de aptitud para lafragmentación y la regeneración de laestructura. La capacidad de expansiónpotencial, Sp, de los suelos de textura lige-ras y medias es variable. En 9 de los 17

horizontes con esta granulometría es baja,inferior al 25%, como corresponde amuestras con una fracción arcillosa escasay de naturaleza esmectítica. Sin embargo,se encuentran valores altos de expansiónpotencial en horizontes de texturas ligerasy medias y ricos en materia orgánica.

Los resultados demuestran el efecto dela materia orgánica, incrementando lacapacidad de expansión potencial enmuestras con una amplia gama de conte-nidos en arcilla, y, en particular, en el con-junto de aquellos horizontes de texturasmedias y ligeras. De acuerdo con ello, lossuelos más ricos en materia orgánica pre-sentarían, a priori, mayor aptitud para lafragmentación y para el manteniento oregeneración de una estructura de buenacalidad.

Por último, el índice de volumen espe-cífico, que mide la diferencia relativa decompacidad en húmedo y seco, presentacierto paralelismo con el índice de expan-sión potencial, ya que, en suelos de textu-ra similar, ambos tienden a presentar valo-res más altos en horizontes con mayorescontenidos en materia orgánica. Sinembargo, el índice de expansión potenciales más sensible a variaciones en el conte-nido en materia orgánica entre dedicacio-nes que el índice de volumen específico.

En definitiva, a partir de las curvas deretracción se pueden obtener diversosíndices, algunos de los cuales presentanuna buena sensibilidad para analizar elefecto de la dedicación del suelo sobre laestabilidad de la estructura. En suelos detextura similar el valor de estos índicesoscila en función de la dedicación y/o elcontenido en materia orgánica.


CONCLUSIONES

Se puso en evidencia una relaciónentre porosidad total a escala textural ydedicación del suelo, comprobandose queen los suelos de cultivo hay una disminu-ción del espacio poroso. La reducción dela porosidad se debe a la interacción dedos factores, ambos inducidos por labo-reo: disminución del contenido en materiaorgánica y aumento de la compacidad.

Del análisis de la organización de laarquitectura de los agregados en seco yhúmedo, se infiere que la materia orgáni-ca induce un aumento del volumen totalde poros, y de algunas categorías de losmismos, en particular en los entornos detamaños de los poros de origen lagunar yde aquellos cuya función es el almacena-miento.

Las curvas características de hume-dad ponen en evidencia importantes

diferencias de retención de agua delsuelo en suelos con similar textura y dife-rente dedicación a potenciales próximosa saturación. En el entorno del punto demarchitez estas curvas tienden a conver-ger. El agua útil tiende a aumentar con-forme lo hace el contenido en materiaorgánica del suelo.

Las curvas de retracción a escala tex-tural también muestran diferencias entrededicaciones distintas de suelos con tex-turas similares. A partir de éstas se calcu-laron diversos índices de estabilidadestructural. Los valores de aquellos índi-ces calculados a partir del intervalo decontracción normal dependen del conte-nido en materia orgánica. Aquellos índicesobtenidos del intervalo de contracciónresidual describen mejor la dedicación delsuelo y muestran más independencia delcontenido en materia orgánica.


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Influencia del contenido en materia orgá- nica sobre las propiedades físicas del suelo · 2009. 10. 8. · Influencia del contenido en materia orgá-nica sobre las propiedades físicas