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EL AGUA EN EL SUELO
Conceptos
El agua en la planta
Entre las funciones importantes del agua en la planta destaca su posición de elemento esencial del protoplasma (es decir, el material viviente de la célula). El agua forma parte de las moléculas proteicas que constituyen la armazón protoplásmica, por lo que una reducción del contenido hídrico provoca cambios en la estructura e incluso la muerte. Por otro lado, el agua disuelve gases, minerales y solutos que penetran en la célula vegetal y pasan de una célula a otra.
Por último, el agua reactiva procesos importantes, incluyendo la fotosíntesis y procesos hidrolíticos como la hidrólisis del almidón en azúcar.
El agua en el suelo
El agua que circula en el suelo está compuesta por tres fracciones: higroscópica, capilar y gravitacional.
El agua higroscópica o molecular es la fracción del agua absorbida directamente de la humedad del aire, que se adhiere a la partícula por adhesión superficial.
El poder de succión de las raíces no tiene la fuerza suficiente para extraer esta partícula de agua del terreno (esta porción del agua en el suelo no es utilizable por las plantas).
Está fuertemente retenida a fuerzas superiores a 31 atmósferas. La cantidad de agua higroscópica en el suelo depende especialmente de su textura, composición mineral y contenido de materia orgánica. La mayor dispersión de las partículas y su mayor superficie de contacto, alto contenido de materia orgánica y arcilla favorecen a que el suelo capte mayor agua higroscópica.
El agua capilar es la fracción del agua que ocupa los microporos. Se mantiene en el suelo gracias a las fuerzas derivadas de la tensión superficial del agua. Esta fracción del agua es utilizable por las plantas, es la reserva hídrica del suelo.
El agua gravitacional o drenable, es la fracción del agua que ocupa los macroporos de 10 micras de diámetro (zona no saturada). Se infiltra arrastrada por la fuerza de gravedad a las capas más profundas. Es utilizable por las plantas si se encuentra en el estrato reticular de la misma.
El suelo está compuesto por una fracción sólida, una líquida y una gaseosa. Estos elementos actúan en el interior del suelo para formar arreglos de poros y vacíos (estructura) que determinan los flujos de calor, aire y agua en el suelo.
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𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 + 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 + 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ó = [𝑚 ]
𝑀𝑎𝑠𝑎 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 + 𝑀𝑎𝑠𝑎 + 𝑀𝑎𝑠𝑎 ó = [𝑘𝑔]
𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝜀) =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 + 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 𝑚
𝑚 = % = 1 −𝜌 𝜌
La porosidad es el volumen ocupado por los poros, expresado como porcentaje del volumen total del suelo. También se puede expresar como una relación entre la densidad aparente y la densidad real.
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝜌 = 𝑀𝑎𝑠𝑎
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 𝑘𝑔
𝑚
Suele varían entre 0,7 kg/m3 en suelos volcánicos, a 1,8 kg/m3 en suelos arenosos, en función de la compactación.
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑅𝑒𝑎𝑙 = 𝜌 =𝑀𝑎𝑠𝑎 (𝑠𝑒𝑐𝑜)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ó = 𝑘𝑔
𝑚
Suele aproximarse a un valor constante de 2,6 kg/m3
La fase líquida, consistente del agua en el suelo, generalmente tiene substancias en solución, por lo que se denomina solución del suelo. El agua edáfica proviene de la precipitación pluvial o de depósitos subterráneos y contiene concentraciones de sustancias disueltas que llegan a las raíces y son absorbidas por éstas.
El agua en el suelo se divide en:
a) Humedad gravimétrica: Es la masa del agua del suelo expresada en función de la masa de sólidos del suelo seco. En un suelo mineral saturado la humedad gravimétrica puede variar entre 25 y 60% dependiendo de la densidad aparente. El contenido de agua a saturación es mayor en suelos arcillosos que en arenosos.
𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 ( ) 𝑀𝑎𝑠𝑎 ó ( )
b) Humedad volumétrica: Es el volumen del agua del suelo expresado en función del volumen total del suelo. En suelos arcillosos el volumen relativo del agua a saturación puede ser más grande que la porosidad del suelo seco, ya que las arcillas se expanden al humedecerse. Este tipo tiene mucha importancia ya que es más conveniente para
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calcular el flujo y cantidades de agua añadidas mediante riego o lluvia y cantidad restada del suelo mediante evapotranspiración o drenaje.
𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 𝑚
𝑚 = %
c) Grado de saturación: Este índice expresa el volumen del agua del suelo en función del volumen de poros. El índice de saturación varía de cero en suelos secos hasta 100% en suelos saturados. Un valor del 100% es más difícil de obtener porque casi siempre existe aire atrapado en los suelos cuando son humedecidos.
𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 𝑚
𝑚
Constantes de la humedad del suelo
Potencial hídrico Total (ψ
t)
El potencial hídrico hace referencia a la energía potencial del agua, o sea, la energía libre que poseen las moléculas de agua para realizar trabajo. En términos mundanos, se refiere a la fuerza que ejercerá el suelo para retener el agua, o a la inversa, a la dificultad que tendrá la planta para absorber el agua del suelo. Cosas a tener en cuenta:
El agua se moverá siempre de mayor a menor potencial. El ejemplo claro es el agua de un río. A mayor altura, mayor energía potencial, y su tendencia es a descender.
Lo que importa realmente es la diferencia de potencia, no tanto los valores absolutos.
El potencial es trabajo(J) dividido por volumen (m3)(J/m2)=Pa(Pascal) Presión.
El potencial hídrico está constituido por varios potenciales que influyen sobre el movimiento del agua, que pueden actuar en las mismas o diferentes direcciones:
ósmosis, gravedad, presión mecánica, o efectos mátricos como la tensión superficial.
Si es posible, el agua fluirá desde un área de alto potencial hídrico hacia un lugar con potencial menor.
𝜑 = 𝜑 + 𝜑 ó + 𝜑 ó + 𝜑 + 𝜑
𝜑 = 𝜑 + 𝜑 + 𝜑 + 𝜑 + 𝜑 = [𝑘𝑃𝑎] ≡ [𝑏𝑎𝑟]
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Potencial matricial (ψ
m)
Es el potencial derivado de la interacción de las partículas del suelo con el agua. Se asocia a las propiedades físicas de la matriz porosa y de material sólido del suelo (fuerzas capilares, de adhesión, etc…). Este potencial o succión existe en todo el sistema de suelos y equilibra el estado de humedad.
Siempre tiene valor negativo, lo que en términos prácticos quiere decir que para poder extraer esa agua retenida por el suelo hay que aplicar presión (positiva). Ejemplo: si queremos extraer el agua retenida en la ropa, tenemos que escurrir/apretar la ropa para poder sacar agua adicional.
Potencial osmótico (ψ
o)
Además de la solución matricial, el agua del suelo está sujeta a una succión debida a la presencia de solutos que provocan una presión osmótica. Siempre tiene valor negativo.
Potencial gravitacional (ψ
g)
Es la presión relativa a la diferencia de altura geométrica entre dos puntos del suelo. Es positivo.
Potencial de presión (ψ
p)
Sólo lo encontramos en suelos saturados y se debe a la presión ejercida por el agua que satura el medio. Siempre positivo. También puede darse por un exceso de presión en la superficie debido al uso de la maquinaria agrícola.
De hecho, el potencial matricial y el potencial de presión son excluyentes.
Potencial de humedad (ψ
h)
En relación con el agua higroscópica. Esta agua no puede extraerse sino es a presiones muy elevadas (>31 atm).
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CURVAS CARACTERÍSTICAS DE RETENCIÓN DE HUMEDAD
Para un mismo contenido de humedad, los distintos suelos retienen agua con distinta energía, es decir, la relación humedad-potencial matricial (Θv-ψm) varía para cada tipo de suelo. La representación gráfica de esta relación se conoce como curva de retención de la humedad. Que se unen al polo positivo de las moléculas.
La textura influye de forma muy importante en la capacidad de retención de agua de los suelos.
Para un mismo peso de suelo, las arcillas presentan mayor superficie que el resto de partículas minerales y además presentan cargas negativas.
Los suelos con buena estructura tienen una mayor porosidad y, por lo tanto, en condiciones de saturación, contienen mayor cantidad de agua.
Cuando el potencial matricial tiende a cero (ψm =0) el efecto de la estructura domina sobre el de la textura, y viceversa.
Capacidad de campo o límite superior de agua disponible (CC)
Cuando llueve o aportamos agua al suelo mediante riego, el agua desciende por el suelo debido a la gravedad, aumentando por la succión ejercida por las zonas inferiores no saturadas (porque tienen un potencial matricial menor). Esta atracción es constante, pero las zonas no saturadas, dependen de su estado de humedad, puesto que cuanto más secas estén, mayor será la succión y la tensión superficial.
El efecto de esta succión es tomar el agua de la zona saturada y reemplazarla con aire tomado de la atmósfera. Conforme se lleva a cabo el drenaje, se produce una reducción repentina de la redistribución del agua, de tal modo que el proceso parece casi haber cesado; es entonces que se dice que el suelo está a capacidad de campo. En esta situación, el aire ocupa los macroporos y el agua los microporos.
Esta es una situación muy favorable para las plantas, ya que es fácil la absorción radicular (se requiere poca energía).
De manera orientativa, el ψm (CC) para suelos ligeros es de 0,1bar y de 0,3bar para suelos pesados.
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Punto de marchitez permanente (PMP) o límite inferior de agua disponible
Las fuerzas que retienen el agua en el suelo aumentan al disminuir el contenido de humedad.
De esta manera, hay un punto de succión total en el que el agua no pasa ya del suelo a las raíces;
entonces las perdidas por transpiración sobrepasan al índice de absorción y el follaje marchito.
En muchos suelos, esto sucede aproximadamente a ψm=15 bars y es habitual decir que el contenido de humedad de los suelos a esta medida es el punto de marchitez permanente.
Por lo tanto, la reserva útil o intervalo de humedad disponible, es decir, el agua disponible para las plantas, será la comprendida entre la CC y el PMP.
Para entender la relación planta-humedad del suelo, es necesario conocer la continuidad y dinámica del movimiento del agua a través de las relaciones agua-suelo-planta-atmósfera. Se deben considerar los factores de capacidad (contenido de agua) e intensidad (potencial de agua). Esta relación se puede describir como el movimiento del agua en respuesta al gradiente del potencial del agua en el suelo desde la entrada a través de la planta, translocación dentro de la planta, difusión en los espacios intercelulares en la hoja, evaporación estomatal (“de los estomas” de las hojas) y difusión desde la interfase hoja-aire.
La disponibilidad de agua del suelo depende del potencial hídrico y de la conductividad hidráulica del suelo, que están relacionados con el contenido hídrico del suelo.
Ilustración 1. Contenido del Agua (Water content) y pordcentaje de agua en el suelo (Soil water) en relación a cómo de pesada es la textura (Heaviness of texture).
Field Capacity: Capacidad de Campo Wilting coeficient: Punto de marchitez permanente.
Available water: Agua disponible.
Unavailable water: agua no disponib.
Sand: Arenoso.
Sandy loam: franco-arenoso Loam: franco.
Silt loam: Franco-limoso Clay-loam: franco-arcilloso Clay: arcilloso
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Preguntas de la unidad
Define Porosidad, y explica si tiene relación o no con la textura del suelo. ¿Y con la estructura?
Explica qué es la densidad aparente, qué unidades tiene, y por qué depende la la estructura del suelo.
Define densidad real.
La humedad gravimétrica no se representa como porcentaje porque se mide sobre el valor de la masa de los sólidos del suelo (no de la masa total del suelo que incluiría también la masa del agua). ¿Por qué crees que es así? ¿Qué tipo de información nos da?
La porosidad se puede expresar como una relación entre la densidad aparente y la densidad real. Explica a partir de esa fórmula la posibilidad de que la porosidad sea prácticamente 0.
Define Potencial hídrico, potencia matricial, potencial de gravedad y potencial osmótico.
Comparando dos suelos, uno franco-arenoso y otro franco-arcilloso, ¿en cuál de los dos crees que el potencial matricial ψm será mayor? Justifica tu respuesta.
Argumenta por qué el potencial matricial y el potencial de presión son excluyentes.
Atendiendo a la relación entre textura y retención de agua, explica por qué razón los suelos arenosos o de elevada porosidad son interesantes para el cultivo hidropónico.
Atendiendo a la relación entre textura y retención de agua, qué tipo de textura del suelo crees que se la más adecuada para realizar riegos más eficientes. Justifica tu respuesta.
