importantes propiedades físicas de los suelos relacionados con la fertilidad del suelo, la productividad y la calidad del suelo son textura, estructura, densidad aparente, porosidad, el agua del suelo, el aire, y la temperatura. De estas propiedades, solamente la textura del suelo es una característica permanente que no puede ser fácilmente alterado. Las otras propiedades pueden cambiarse fácilmente por prácticas de gestión del suelo. La estructura del suelo puede ser modiÞed por la labranza y la adición de abonos. Opera-ciones de labranza romper los terrones y los agregados y modificar el tamaño de los poros y la proporción de poros grandes y pequeños. En consecuencia, la densidad aparente, capacidad de retención de agua, y el estado de aireación son modiÞed. A menudo, las operaciones de labranza destruyen la estructura del suelo, reducen la porosidad, y hacen que el compacto suelo. Por lo tanto, el deterioro físico del suelo puede
KT Osman, degradación del suelo, la conservación y remediación, 45 DOI 10.1007 / 978-94-007-7590-9_2, © Springer Science + Business Media Dordrecht 2014
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tener lugar debido a la gestión del suelo defectuoso. Se ha observado que los siguientes procesos pueden tener en cuenta en gran parte para el deterioro físico de suelo.
1. Fusión: Depósito lenta de suelo thne partículas entre los agregados individuales, soldadura juntos en una estructura masiva. Los suelos que han sido cultivados en un estado muy seco son particularmente propensos a la coalescencia.
2. slaking: Colapso estructural cuando los agregados del suelo secos se humedecen rápidamente por la lluvia o riego. Los suelos con bajo contenido de carbono orgánico (<2%) están sujetos a un rápido apagado de la cal.
3. Dispersión: La desintegración de los productos de apagado en partículas individuales debido a las altas fuerzas de repulsión entre partículas de arcilla. Estas fuerzas elevadas son promovidos por las altas concentraciones de sodio intercambiable.
4. Consolidación: Reducción de volumen de suelo por la destrucción de espacio de los poros, principalmente poros grandes. Los suelos con bajo contenido de carbono orgánico (<2%) son particularmente propensos a com-compactación, pero los suelos con alto contenido de materia orgánica exhiben resiliencia elástica que les hace rebote.
5. Pulverización agregada: Esto sucede cuando se cultivaban suelos que son demasiado seco, que destruye los agregados en polvo thne. Por otro lado, la labranza cuando el suelo está demasiado húmedo destruye los agregados untando, debido a la resistencia del suelo se encuentra en un mini-mum. Labranza debería ocurrir idealmente cuando la humedad del suelo es en un punto llamado Òlower plástico limit.Ó
El deterioro físico es uno de los principales tipos de degradación del suelo. Tiene las siguientes subtipos: (1) sellado de la superficie, formación de costra superficial, susceptibles al endurecimiento, y compac-ción (Pc); (2) anegamiento (Pw); (3) disminución de la tabla de agua (Pa); y (4) Subsid-cia de suelos orgánicos (Ps). DesertiÞcation es también un proceso de degradación física, que se ha convertido en una preocupación importante en las regiones áridas y semiáridas.
2.2Surface de sellado, formación de costras,
endurecidos, y de compactación (Pc)
2.2.1
sellado de la superficie
El sellado del suelo término se utiliza para describir un cambio en la naturaleza del suelo (normalmente superficie del suelo) que conduce a la impermeabilidad. Las partículas del suelo se dispersan por el colapso de los agregados del suelo debido a las presiones físicas, tales como impacto gota de agua, o debido a un agente químico tal como el exceso de sodio intercambiable. deterioro de la estructura también puede tener
lugar durante las operaciones de labranza inadecuadas. Por ejemplo, los agregados se muelen a thne polvos cuando los suelos se cultivaban en el estado seco. Las partículas finas entren en los mac-ropores y reducen inÞltration y percolación. Por otro lado, la labranza en la condición húmeda charcos del suelo. los agregados inestables pueden aflojar cuando se humedece. De este modo, la superficie del suelo se vuelve insensible a las raíces de agua y plantas. suelos sellados se pierden a muchos usos, como la agricultura y la silvicultura, mientras que las funciones del suelo ecológicos están gravemente dañados o incluso impedido. Además, los suelos circundantes pueden ser inßuenced por
2,2 sellado de la superficie, formación de costras, endurecidos, y de
compactación (Pc) 47
cambio en los patrones ßow agua o la fragmentación de hábitats. Los estudios actuales sugieren que el sellado del suelo es casi irreversible.
hidrología del suelo puede ser severamente afectada por sellado de la superficie. Por ejemplo, un sello de superficie reducirá en gran medida el movimiento del agua en el suelo (Ahuja1983). Sellar forma-ción aumenta la densidad del suelo y reduce la porosidad, tamaño de poro y la continuidad de los poros. McIntyre (1958) Encontró que un sello constan de dos partes: (1) una zona superior de la piel alrededor de 0,1 mm atribuidas a la compactación por impacto de la lluvia y (2) un lavado-en la zona de alrededor de 1,5 mm de porosidad disminuido atribuidas al movimiento de las partículas en el suelo con agua. Agassi et al. (1981) Sugirió que hay dos mecanismos complementarios de una formación de sello: (1) un desglose física de los agregados del suelo, causada por la humectación y el impacto gota de agua, y (2) dispersión fisicoquímica de las partículas de arcilla, que se mueven en el suelo con el agua inÞltrating, que tapa los poros para formar una capa se lavó-in de baja permeabilidad. La disminución de la porosidad total aumenta a granel den-sidad (Assouline2006; Eynard et al.2004) Y ralentiza el transporte de solutos (Assouline 2006; Huang y Bradford
1993) Y el crecimiento de la raíz (Lynch y Bragg 1985).Macroporos (diámetros de poro> 1.000 μm) aumentar las vías de agua que a menudo aumentar inÞltration y reducir el escurrimiento. Pero sellado de la superficie reduce el número de macroporos.
En los suelos agrícolas, prolongada y el cultivo de los suelos superficiales repetida durante los regímenes de cultivo destruye agregación natural. Los agregados del suelo pueden colapsar debido a la presión arado y por la carga de maquinarias agrícolas pesados y cascos golpes de granja o animales de pastoreo. Como áridos naturales son destruidas, las partículas Þner son liberados y, cuando se expone, se dispersan tanto bajo gotas de lluvia y de riego acción. partículas dispersas reorientar y Þll en los poros más grandes. Los suelos más sensibles al deterioro agregado tienden a ser margas arenosas, margas sandy clay, y suelos sódicos en los climas secos y las regiones costeras. Los suelos sódicos susceptibles a slaking y dispersión están particularmente en riesgo después de cultivo. suelos que contienen materia orgánica bajas no pueden desarrollar los agregados estables que puedan resistir tocado la barriga.
En un estudio, Heil et al. (1997) Informaron de que muchos AlÞsols Sahelianas son propensos a la estanqueidad a causa de un bajo contenido de materia orgánica del suelo y la exposición de subsuelo de textura Þner atribuible a la erosión. Sus sitios de estudio se encuentran en seis series de suelos de la cuenca Hamdallaye (500 ha), con texturas de suelo que van desde franco arenoso a la arena, classiÞed como Psammentic Kandiustalf y petroférrico Kanhaplustult. Todos los sellos de la muestra en la cuenca eran juntas estructurales y eran morfológicamente similares, con una capa continua de espesor 0.1Ð1.0 mm plásmica de arcilla dentro de 4 mm de la superficie. contenido de C orgánico de sitios sellados eran muy bajos (0.1Ð0.2%) en mm de profundidad 0Ð50 y ligeramente superior en los sitios sin sellar. La agregación era demasiado débil para resistir el impacto de lluvia caída. contenido extraíbles de Fe y Al de la serie de seis suelo estaban relacionados con el contenido de arcilla, que era probable que el factor de control de la formación de sello.-1, Los mismos seis suelos formados un sello
durante el evento de lluvia 30-min inicial en la mayoría de los casos, sin cambio en el espesor de la capa a partir de entonces. Suelo con contenido de más del 15% (limo + arcilla) forma un sello estructural 2-capa, mientras que los suelos de textura más gruesas desarrollaron juntas estructurales 4 capas. Los físicos pro-cesos de apagado de la cal del suelo y de sellado son el resultado del impacto cinética de las gotas de agua sobre la superficie del suelo y la translocación de las partículas del suelo por ßowing agua. Cuando
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las fuerzas de impacto gota superan la cohesión interna de los agregados del suelo impactadas, se descomponen en partículas minerales primarios. Estas partículas son transportadas por la escorrentía superficial o lavados en la capa de superficie del suelo (Schmidt2010). Cuando ITED-DEPOS las partículas translocados podrían obstruir los poros del suelo y formar capas superÞcial caracterizados por una mayor densidad aparente y baja conductividad hidráulica saturada que el suelo debajo de (Betzalel et al.1995). Debido a la pérdida de almacenamiento de agua del suelo y capacidades inÞltration, la erosión del suelo y el riesgo de ßooding están aumentado sustancialmente.
2.2.2
formación de costra superficial
En mayor consolidación y secado, sellado de la superficie da lugar a costras superficiales. Sellado de la formación y la corteza son fenómenos muy comunes en muchos suelos de todo el mundo, especialmente en suelos áridos y semiáridos. Las precipitaciones provoca una serie de interacciones entre el agua y los suelos: desintegración, desprendimiento, arrastre, deposición, y Compres-sion. Estas acciones resultan en la formación de sello y, posteriormente, la corteza de los suelos. Corteza es una capa delgada en la superficie del suelo se caracteriza por una mayor densidad, mayor resistencia a la cizalladura, y menor conductividad hidráulica que el suelo subyacente (Zejun et al.2002). El mecanismo de formación de la corteza implica dos principales comple-mentario procesos: (1) acción física incluyendo desintegración de los agregados del suelo y las partículas del suelo compactación causada por la impactación de la gota de agua y (2) la acción física- química, incluyendo la dispersión de los agregados, el movimiento de las partículas del suelo que obstruir los poros que llevan a cabo y formar una capa menos permeable en la región de la tierra vegetal (Cai et al.1998). La formación de la junta y la corteza depende de muchos factores, incluyendo la textura y la estabilidad de los suelos, la intensidad y la energía de lluvia, gradientes y longitud de la pendiente, y la concentración de electrolitos de la solución del suelo y el agua de lluvia (Remley y Bradford1989).
Hay dos tipos de costras superficiales: la corteza estructural y la corteza de deposición. Una corteza estructural es una capa superficial del suelo, unos pocos milímetros a unos pocos céntimos-tros de espesor, más compacto que el material de debajo. La importación de Materi-ALS externos no está involucrado en la formación de la corteza estructural. costras estructurales se desarrollan también debido al pisoteo por el ganado o a través de trafÞc por la maquinaria agrícola. cortezas estructurales pueden ser susceptibles al endurecimiento costras y costras trafÞc. Endurecidos es un proceso de compactación de suelo junto con una mayor densidad aparente que ocurre sin la aplicación de una carga externa. El término endurecidos se utilizó Þrst por Northcote (1960) En su sistema de classiÞcation suelo de Australia. Endurecidos es una característica de los horizontes del suelo, semilleros generalmente cultivadas, que contienen los agregados del suelo inestables. Los agregados del suelo colapso y el semillero se desploma cuando el suelo está mojado, y una masa dura, sin estructura de
suelo da como resultado tras el secado. Endurecidos, la forma de la historia, implica un mayor espesor de material, lo que comúnmente se incluye no sólo el horizonte A1 o Ap sino también el horizonte E (Greene2005).
Endurecidos es también una costra superficial que implica el colapso de algunos o todos de los agregados durante y después de la humectación de la capa superficial previamente aflojado. los
2,2 sellado de la superficie, formación de costras, endurecidos, y de
compactación (Pc) 49
procesos susceptibles al endurecimiento se pueden dividir en dos procesos físicamente distintos: caída y la contracción uniaxial. Abombado se produce durante y después de la humectación de un suelo que contiene agregados inestables en el agua. Los agregados se ablandan y se hinchan de forma simultánea, y algunos o todos de las partículas Þner (limo y arcilla) se convierten en-sus adjuntas. Algunas de las fracciones de arcilla dispersa. Agregados desintegrarse porque tienen fuerza insufÞcient para soportar los esfuerzos creados por la absorción de agua rápido, causada por la rápida liberación de calor en la humectación, el aire atrapado, la acción mecánica de movimiento rápido de agua (Collis-George y Greene1979), O por la hinchazón differen-TiAl. contracción uniaxial es importante porque la proximidad más estrecha de las partículas de aumentar la resistencia al secar suelos endurecidos. De laboratorio experi-mentos sobre el comportamiento de camas agregadas de un suelo endurecidos, contacto con el medio bajo tensión o a potencial cero, muestran que al menos durante las primeras etapas de secado, se produce la contracción uniaxial. Mullins et al. (1987) Han propuesto la siguiente explicación para el desarrollo y aumento de la resistencia observada en suelos endurecidos, comenzando con un lecho de cultivo que consiste de agregados secos: humectación del sistema moviliza algunos o todos de la limo y arcilla. Esto puede ocurrir a través de apagado de la cal y / o dispersión. Durante las primeras etapas de secado, el material movilizado se lleva detrás del menisco de agua en retirada para ocupar concavidades en la superficie de los granos de arena y cualesquiera agregados restantes, formando puentes anulares entre ellos (Kemper et al.1987). costras TrafÞc se forman por la presión externa de la maquinaria agrícola y animales que pueden causar una grave reducción de la penetración de agua y emergencia de las plántulas. Sobrepastoreo puede inducir la formación de costras por dos mecanismos: compactación de la superficie de los suelos mojados o húmedos y mecánica destruc-ción de los agregados del suelo superficie. Algunos suelos son naturalmente y genético-ajuste duro. Son abundantes en zonas tropicales (Fabiola et al.2003). Naturalmente, los suelos endurecidos son incapaces de desarrollar los agregados estables al agua. Endurecidos con-DICIÓN puede ocurrir en suelos con porcentaje de sodio intercambiable alta. Algunos suelos susceptibles al endurecimiento son impermeables, compactado, así como cementado. Sílice amorfa e imogolita-como aluminosilicatos pueden actuar como agentes de cementación (Chartres et al.1989).
Por otro lado, una costra deposicional se desarrolla cuando las partículas del suelo, suspendidas en agua, se depositan sobre la superficie del suelo como las inÞltrates agua o se evapora. materiales Externamente derivados siempre están involucrados en la construcción de costras deposicionales. costras deposicionales desarrollan por la deposición de partículas en suspensión en la superficie del suelo. Estos se encuentran en algunos suelos cultivados y no cultivados. Las principales fuentes de thne erosionadas partículas del suelo son el agua de riego ßood y surco, chapoteo impacto de la lluvia de partículas sueltas de suelo, overßow y ßoods de los ríos y la escorrentía, y la erosión laminar. Las partículas de arcilla y limo en suspensión turbia pueden o bien dispersar o ßocculate. Ellos ßocculate cuando la
concentración de electrolito en la suspensión supera el umbral ßocculation de las arcillas (Oster et al.1980). costras deposicionales formados a partir de partículas ßocculated tienen una estructura abierta y alta permeabil-dad. A la inversa, cuando la concentración de la suspensión de electrolito está por debajo del umbral ßoccu- lación, partículas dispersadas se depositan para formar la corteza deposicional, la conductividad hidráulica de que es varios órdenes de magnitud menor que la de la tierra de los padres.
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Sellado de formación y la corteza puede reducir signiÞcantly la inÞltration de suelo y aumentar la escorrentía en la superficie del suelo, que a su vez aumentar la capacidad de transporte para arrastrar materiales separados de suelos (Levy et al.
1994). costra superficial y la erosión del suelo están estrechamente relacionados que muchos científicos han prestado atención a la formación de sellado y la corteza. Tanto la corteza del suelo y la erosión del suelo implican procesos de desprendimiento y de transporte particlesÕ. Aunque la mayoría de los modelos de erosión no tienen en cuenta por el afecto de la corteza a la erosión, se han introducido nuevos conceptos que implican la delimitación explícita entre desprendimiento y de transporte pro-cesos (Bissonnris et al.1998). Por lo tanto, se cree que el nuevo modelo de la erosión del suelo debe tener el concepto básico de sellado y la corteza como una de sus teorías de apoyo.
Factores que afectan a la corteza 2.2.2.1Soil Formación
Formación de costras implica principalmente la destrucción de los agregados del suelo. Los agregados se llevan a cabo principalmente unidos por fuerzas electroquímicas de unión a las partículas minerales de arcilla juntos. estabilidad de los agregados depende de los tipos de minerales de arcilla, sus características electroquímicas y la concentración de electrolitos de la solución del suelo. El más estable es el agregado de un suelo es, menos susceptible es a la formación de costras.
Minerales de arcilla
suelos caoliníticas tienen agregados generalmente estables debido a las conexiones de borde a borde y el borde a cara entre los grupos, ya que existen algunas cargas positivas en los bordes rotos, mientras que las caras de partículas amplios exponen una carga negativa. La caolinita es un tipo que no se expande o no hinchazón de la arcilla. Por lo tanto, los agregados del suelo compuestas de arcilla caolinita dominantemente no se disgregan fácilmente al humedecerse. Por otro lado, montmorillonita es una arcilla que se hincha en expansión extraordinariamente cuando se humedece. Por lo tanto, los suelos que contienen alta proporción de agregados inestables en el agua de forma montmorillonita. Tales suelos, por ejemplo, Vertisoles, se disgregan fácilmente cuando se humedece. Se vuelven pegajosos cuando están húmedos y muy dura en seco.
Los cationes intercambiables
La formación de todas las costras del suelo implica la desintegración total y la dispersión. La dispersión de los coloides del suelo se ve afectada por la naturaleza y distribución de los cationes de cambio de poder en poder de las cargas eléctricas
en las superficies coloidales. sodio intercambiable (Na+) Es un catión mucho más dispersivo de hidrógeno (H+), Calcio (Ca++), Magne-sium (Mg++), Y otros cationes polivalentes. Como el porcentaje de Na intercambiable+se eleva, se necesita una solución de una concentración mucho mayor de causar ßocculation. En otras palabras, la arcilla con un porcentaje de sodio intercambiable alta se dispersará rápidamente bajo el efecto de dilución del agua de lluvia en la superficie del suelo.
2,2 sellado de la superficie, formación de costras, endurecidos, y de
compactación (Pc) 51
Materia orgánica
Las sustancias orgánicas pueden estabilizar la estructura del suelo de dos maneras diferentes: (1) sustancias orgánicas pueden reducir la interacción de agua con coloides inorgánicos, y (2) se puede unir partículas de suelo juntos físicamente o químicamente. materiales húmicos actúan como cementos que se unen partículas juntas. Los polímeros orgánicos exponen a lo largo de sus superficies complejas bordes largos negativos y positivos de amidas, carboxilo, hidroxilo, y otros grupos polar-izable.
Hierro y pH
Los óxidos de hierro se pueden unir partículas de suelo juntos. suelos caoliníticas ricos en óxidos de hierro e inferior en el pH pueden desarrollar costras.