Facultad de Ciencias Agrarias
Escuela de Agronomía
Carolina Sáez Salas
VALDIVIA – CHILE
2012
Memoria presentada como parte de los
requisitos para optar al Título de
Ingeniero Agrónomo
Efecto de la densidad aparente sobre la
capacidad de contracción de agregados de
PROFESOR PATROCINANTE:
____________________________________ José Dörner F.
Ingeniero Agrónomo, Dr. sc. agr. Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos
PROFESORES INFORMANTES:
____________________________________ Dries Huygens F.
Ingeniero Agrónomo, Dr. Sc. Biológicas aplicadas Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos
___________________________________ Juan Nissen M.
Ingeniero Agrónomo, Dr. rer. hort Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos
Mis agradecimientos están dirigidos a mis padres, Isabel y Héctor, que siempre me apoyaron, en la parte personal y académica, que estuvieron en los momentos más difíciles entregando toda la ayuda y apoyo que necesitaba, y que siguen hasta hoy en día dando todo su cariño confianza y amor incondicional.
Agradecer también, a mis hermanos y cuñada, los cuales me entregaron sus sabios consejos, para poder seguir adelante y poner buen termino a lo que comencé hace años.
Agradecer a José Dörner, mi profesor patrocinante, por la confianza, los consejos y el tiempo dedicado a sugerir y corregir lo mejor para la investigación.
Y finalmente agradecer a todos mis amigos y familia que de alguna u otra forma aportaron y apoyaron en esta etapa de mi vida.
INDICE DE MATERIAS Capítulo Página RESUMEN 1 SUMMARY 3 1 INTRODUCCIÓN 4 2 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 6
2.1 Agregados de suelo y formación de estructura 6
2.1.1 Jerarquía de agregación 7
2.1.2 Tamaño de agregados 7
2.2 Efecto del tamaño de los agregados sobre las propiedades físicas del suelo
8
2.2.1 Densidad aparente 9
2.2.2 Sistema poroso del suelo 9
2.3 Contracción del suelo 10
2.4 Características de suelos volcánicos 13
3 MATERIAL Y METODO 15
3.1 Suelo y manejo agronómico 15
3.1.1 Materiales de laboratorio 16
3.2.1 Análisis de laboratorio 16
3.2.2 Preparación de las muestras 17
3.2.3 Determinación de las propiedades estructurales del suelo 17 3.2.4 Determinación de la curva de retención de agua 18 3.2.5 Determinación de la curva de contracción para agregados 19 3.2.6 Determinación de la curva de contracción en muestras
recolectadas en cilindro
21
3.2.6.1 Definición de la curva de contracción 21
3.2.7 Determinación del coeficiente de extensibilidad lineal (COLE) 22
3.3 Análisis estadístico 23
4 PRESENTACION Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 24
4.1 Propiedades generales del suelo estudiado 24
4.1.1 Porosidad total (PT) y densidad aparente (dap) del suelo y
agregados del mismo, recolectados en bosque y pradera
28
4.1.2 Efecto del cambio de uso de suelo y de la escala de muestreo sobre la curvas de retención de agua y distribución de poros
29
4.2 Efecto de la escala y profundidad de muestreo del suelo sobre las curvas de contracción del suelo para ambos manejos de suelo
35
4.3 Efecto de la densidad aparente sobre la capacidad de contracción del suelo bajo ambos manejos caracterizados a través del coeficiente de extensibilidad lineal (COLE)
4.4 Efecto del volumen inicial de las muestras sobre la densidad aparente de ambos manejos del suelo
40
4.5 Efecto del volumen inicial de las muestras sobre el coeficiente de extensibilidad lineal (COLE) de ambos manejos del suelo
41
5 CONCLUSIONES 43
6 BIBLIOGRAFIA 44
INDICE DE CUADROS
Cuadro Página
1 Tamaño de poros del suelo (diámetro equivalente a un poro esférico)
10
2 Métodos utilizados en la investigación 17
3 Grado de expansión-contracción según el coeficiente de extensibilidad lineal del suelo (COLE)
22
4 Propiedades analizadas del suelo 26
5 Densidad aparente y porosidad total de los agregados 28 6 Distribución del tamaño de los poros en función de la profundidad
y tamaño de muestreo en manejo de renoval de bosque nativo
32
7 Distribución del tamaño de los poros en función de la profundidad y tamaño de muestreo en manejo de pradera con un año de pastoreo
INDICE DE FIGURAS
Figura Página
1 Diagrama esquemático de una curva característica de contracción del suelo (adaptada de PENG y HORN, 2005)
12
2 Agregados saturados con agua 18
3 Inmersión de agregado en resina SARAN F310 19
4 Inmersión de agregado en agua 20
5 Curvas de retención de agua para Renoval de Bosque nativo, en tres profundidades (B5-B20-B40cm) y distintos volúmenes de agregados
30
6 Curvas de retención de agua para Pradera de 1 año, en las tres profundidades (P5-P20-P40cm) y distintos volúmenes de agregados
31
7 Curvas de contracción para la distintas profundidades y tamaños de agregados en manejo de renoval de bosque nativo
36
8 Curvas de contracción para la distintas profundidades y tamaños de agregados en manejo de Pradera de 1 año
38
9 Coeficiente de extensibilidad lineal del suelo en función de la densidad aparente del suelo medido en cilindros de 220 cm3.
39
10 Densidad aparente en función del volumen inicial del suelo para Renoval de bosque nativo (B) y Pradera con un año de pastoreo (P1), en las tres profundidades
11 Coeficiente de extensibilidad lineal del suelo en función del volumen inicial de las muestras del suelo
INDICE DE ANEXOS
Cuadro Página
1 Parámetros para la determinación de la curva pF, para manejo de Bosque en las tres profundidades y tres tamaños de muestreo
48
2 Parámetros para la determinación de la curva pF, para manejo de Pradera en las tres profundidades y tres tamaños de muestreo
49
3 Tabla de datos para las curvas de contracción de manejo de Bosque
50
4 Tabla de datos para las curvas de contracción de manejo de Pradera
52
5 Valores de COLE y densidad aparente para muestras de Bosque y Pradera en muestras de 220 cm3
54
6 Valores de volumen inicial y densidad aparente para Bosque y Pradera en las tres profundidades
54
7 Valores de volumen inicial y COLE para Bosque y Pradera en las tres profundidades
RESUMEN
Los procesos de hinchamiento y contracción son causantes de la formación de estructura del suelo. Estos procesos, al ser intensos y prolongados, afectan a la infiltración de agua en el suelo, lo que influye sobre la capacidad de aire y la retención de humedad. Para demostrar lo anterior se planteó como objetivo, evaluar el efecto de la densidad aparente, a distintas escalas de muestreo (agregados y cilindros de suelo) en un Andisol de la serie Pelchuquín, sobre las propiedades físicas tales como la curva de retención de agua y la capacidad de contracción del suelo.
Para determinar las curvas de retención de agua y de contracción se tomaron muestras no disturbadas de agregados de 2 a 20 cm3 y de cilindros 220 cm3 de suelo. En ambos
casos las muestras se recolectaron a 5, 20 y 40cm de profundidad en una pradera con un año de uso (P1), y un renoval de bosque nativo (B). Las muestras en cilindros fueron saturadas por ascenso capilar de agua y luego deshidratadas a distintos potenciales mátricos y temperaturas de secado determinándose en ellas su peso y deformación vertical. En el caso de los agregados, luego de ser saturados y drenados a distintas tensiones, se utilizó la técnica de la resina SARAN F310, en donde los agregados previamente saturados con agua por ascenso capilar, se cubrieron con resina y se dejaron secar a temperaturas entre 22º a 25º C. Se registró el peso y volumen según el principio de Arquímedes. Se determinó el Coeficiente de Extensibilidad Lineal (COLE) y la densidad aparente para cada una de las muestras.
Los resultados obtenidos indican que el cambio de B a P1 lleva a un aumento de la densidad aparente y una disminución de la porosidad total, a la vez se ven afectados superficialmente los poros estructurales disminuyendo la capacidad de aire del suelo. La densidad aparente aumenta con la disminución de la escala de muestreo, es decir
agregados mas pequeños presentan una mayor densidad. Existe una relación inversa entre el COLE y la densidad aparente para las muestras de mayor tamaño (o sea, la contracción del suelo disminuye con el incremento de la densidad aparente), sin embargo el suelo se contrae independientemente de la escala de muestreo como consecuencia del secado, demostrando que el suelo es un cuerpo trifásico dinámico que puede modificar su estructura a distintas escalas como consecuencia de ciclos de secado.
SUMMARY
Swelling and shrinkage processes are responsible for the formation of soil structure. These processes, intense and prolonged affect water infiltration into the soil, which influences the air capacity and moisture retention. To demonstrate this we evaluated the effect of bulk density at different sampling scale (aggregates and cylinders of soil) in a series Andisol Pelchuquín, on the physical properties such as water retention curve and the capacity contraction of the aggregates.
To determine the water retention and of shrinkage curves undisturbed samples were collected of aggregates of 2 to 20 cm3 and 220 cm3 of soil cylinders. In both cases the
samples were collected at 5, 20 and 40 cm deep in a pasture with a year of use (P1) and under native forest (B). The samples were saturated into cylinders by capillary ascent of water then dehydrated and matric potentials different drying temperatures therein determining the weight and the vertical deformation. In the case of the aggregates after being saturated and drained to different tensions, we used the technique of SARAN F310 resin, wherein the aggregates previously saturated with water by ascent capillary, covered with resin and dried at temperatures between 22 to 25º C. We recorded the weight and volume according to Archimedes principle. The Coefficient of Linear Extensibility (COLE) and bulk density for each of the samples were also determined.
The results showed that the change from B to P1 leads to an increase in bulk density and a decrease of the total porosity, while affecting structural surface pores decreasing the air capacity of the soil. The bulk density increases with the decreasing of the sampling scale, smaller aggregates have a higher density. There is an inverse relationship between COLE and bulk density for larger samples, (the soil shrinkage decreases with the increase in bulk density), however the soil shrinks independently of the sampling scale as a result of drying, showing that the soil is a dynamic three-phase body, can change its structure at different scales as a result of drying cycles.
1 INTRODUCCIÓN
El suelo es un sistema trifásico, el cual esta conformado por una parte sólida (partículas minerales y materia orgánica), liquida (agua), y gaseosa (aire). Sus funciones son variadas, dentro de las cuales se destaca que el suelo es el soporte para las raíces de las plantas, entregando a través del almacenamiento y transporte de agua, los nutrientes necesarios para su crecimiento. De la misma forma, permite la respiración de las raíces de las plantas mediante el intercambio gaseoso entre ellas y el suelo.
El intercambio y almacenamiento de agua y gases en el suelo es permitido por que en él existe un sistema poroso el cual depende de la textura y estructura del suelo. La estructura es determinada por el tipo y tamaño de partículas minerales existentes en el suelo, en donde la organización espacial de estas partículas, lleva a la formación de las unidades básicas de la estructura: los agregados.
La estabilidad y formación de los agregados esta definida por procesos de hinchamiento y contracción, la acción cementante de la materia orgánica y agentes químicos y la actividad biológica del suelo, las cuales son fundamentales para entregar un adecuado sistema poroso el que permitirá el intercambio y almacenamiento de agua y aire en el sistema. La estructura del suelo, sin embargo, esta sujeta a variaciones que pueden ser inducidas por agentes internos como externos, los que se traducen en cambios en la porosidad y su distribución como también en una alteración a la continuidad del sistema poroso del suelo.
Las fuerzas internas afectan la estructura de los suelos a través de los ciclos de mojado y secado. El secado del suelo provoca una disminución del tamaño de los agregados conocido como un proceso de contracción del suelo. La humectación provoca una hinchazón y lleva al suelo a un volumen similar al que tenía antes de la contracción, lo que depende de las características intrínsecas del suelo (por ejemplo, cantidad y tipo de arcillas presentes, densidad aparente, materia orgánica) y de la intensidad de secado.
Los procesos de hinchamiento y contracción más intensos y prolongados pueden ser negativos para la agricultura y trabajos de ingeniería. Esto se debe a la formación de grietas que afectan la infiltración de agua, haciendo que el paso de la solución del suelo sea mucho más rápido que lo normal debido a la generación de flujos preferenciales en el sistema. Lo anterior afecta a la capacidad de aire y de retención de humedad, movimiento de agua y solutos y al comportamiento térmico del suelo.
El tipo de suelo y su uso intensivo genera alteraciones sobre su estructura afectando sus características físicas, químicas y biológicas, las que se pueden traducir, por ejemplo en compactación, degradación y erosión. Lo anterior implica un detrimento en el funcionamiento físico del suelo (por ejemplo, disminución de la capacidad de almacenamiento de agua, problemas de infiltración, alta resistencia mecánica) situación que ha sido descrita en suelos volcánicos, pero con poco énfasis en los efectos al nivel de los agregados de suelo. Es por ello, que las hipótesis son:
1) Un cambio en el uso del suelo altera las propiedades de la estructura de un Andisol a diversas escalas (agregados y conjunto de agregados).
2) Con un incremento del volumen de los agregados aumenta la capacidad de aire y de contracción debido a una reducción de la densidad aparente.
El objetivo general de esta investigación es determinar el efecto de la densidad aparente sobre la curva de retención de agua y la capacidad de contracción a distintas escalas de muestreo en un Andisol correspondiente a la serie Pelchuquín.
Los objetivos específicos de este trabajo son:
1) Determinar el efecto del cambio de uso de suelo en la distribución de poros de agregados de distinto tamaño.
2) Determinar el efecto de la escala de muestreo sobre la capacidad de contracción del suelo.
3) Determinar el efecto de la densidad aparente sobre la capacidad de contracción de agregados de distinto tamaño.
1
2 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1 Agregados de suelo y formación de estructura
Los agregados corresponden a la unidad básica de la estructura del suelo. La formación de la estructura es un proceso fundamental en el origen del suelo y su persistencia frente a agentes perturbadores del medio es indispensable para tener un medio edáfico aceptable (ELLIES et al., 2002). La permanencia de la estructura del suelo esta estrechamente ligada a la estabilidad de los agregados que la conforman, permitiendo que exista un equilibrio entre las distintas fases del suelo (sólida, liquida y gaseosa). El arreglo de estas partículas primarias entrega al suelo la formación de un sistema de poros secundario conocido como macro porosidad, la cual se encuentra entre los agregados y permite el paso del agua y del aire en el perfil del suelo (HORN y LEBERT, 1994).
El tamaño, la forma, el arreglo de las partículas primarias, los agregados, y el espacio vacío que existe en el suelo conforman en su conjunto la estructura de suelo (BULLOCK et al., 1985). Por otro lado, BAVER et al., (1972), definen la estructura como el orden de las partículas individuales del suelo, el cual corresponde a un arreglo espacial de las partículas sólidas y los vacíos que existen entre ellas. Este arreglo lleva a la formación de un sistema poroso continuo, el cual favorece el intercambio de agua y aire en el suelo.
La estructura es formada a partir de dos procesos. El primero tiene que ver con la agregación, la cual se forma gracias a la acción cementante de la materia orgánica del suelo, el segundo corresponde a los procesos físicos de contracción e hinchamiento que fisuran el suelo permitiendo que las partículas se acerquen o alejen. Este último está relacionado con suelos que presentan un dominio de partículas finas y su efectividad dependerá del potencial mátrico y de la magnitud e intensidad de su variación (CARON et al., 1992; HORN et al., 1994). Es así que factores climáticos,
como los que producen ciclos de mojado y secado, congelamiento y descongelamiento, junto con el contenido de materia orgánica y la actividad biológica, ayudan en la agregación de las partículas y entregan estabilidad a la estructura del suelo (ANGERS y CARON, 1998; WAGNER et al., 2007; ANTIPA, 2009).
Los ciclos de mojado y secado, que son provocados de forma natural, generan un ordenamiento en las partículas primarias del suelo provocando una variación en la densidad aparente. Esta aumenta cuando las partículas o agregados del suelo tienden al ordenamiento y homogenización (HORN, 1993). Sin embargo, los ciclos de mojado y secado al ser más intensos y prolongados afectan la estructura del suelo alterando el sistema poroso y, por lo tanto, el volumen de poros en el suelo a través de un estrés hídrico (PENG et al., 2007).
2.1.1 Jerarquía de agregación. Cuando los procesos de humectación y secado
generan estructura, ocurre que un agregado de un tamaño determinado está conformado por subunidades de tamaños menores. A esto se le denomina jerarquía de agregación, en donde los agregados de tamaños menores presentan una mayor resistencia en relación a un secado más intenso (BABEL et al., 1995).
HALLET et al., (2000), señalan que al disminuir el tamaño de los agregados la resistencia de ellos aumenta, debido a que las subunidades de los agregados presentan menos planos de falla en su interior.
El aumento de la resistencia ocurre por un mayor número de puntos de contacto entre las partículas del suelo, en función del arreglo de los agregados al igual que la mayor resistencia de estos (HORN et al., 1995).
2.1.2 Tamaño de agregados. El tamaño de los agregados es evaluado según el
sean pequeños, medianos y grandes, para formar una estructura heterogénea en la cual exista intercambio de agua, aire y nutrientes (KOHNKE, 1968).
Los agregados se pueden agrupar en distintos tamaños según la escala con que se estudien. BABEL et al., (1995), proponen que la estabilización de los agregados dependerá del tamaño de estos, así los macro agregados > 250mm serán estabilizados gracias a los procesos de secado y humectado, junto con la acción cementante de la materia orgánica, en cambio los micro agregados < 250mm son estabilizados por la acción de microorganismos muertos o exudados de ellos (TISDALL y OADES 1982).
2.2 Efecto del tamaño de los agregados sobre las propiedades físicas del suelo
El tamaño de los agregados provoca alteraciones sobre las propiedades físicas del suelo los cuales están relacionados con la formación de un sistema poroso secundario entre los agregados, gracias al comportamiento físico mecánico que presentan ellos y la matriz del suelo, lo que condiciona el movimiento de agua y aire a través del perfil (HORN y LEBERT, 1994).
Los cambios que ocurren en la densidad aparente de los distintos tamaños de agregados son dependientes del grado de secado o de la contracción, y del número de eventos de secado, ya que la reorganización de las partículas depende del diámetro de los poros que se encuentran llenos de agua, así como también, de las gradientes hidráulicas como la movilización de las fuerzas (HORN et al., 1995).
En un estudio realizado por BARTOLI et al., (2007) se analizó el efecto del tamaño de muestreo de distintos suelos en relación a su capacidad de contracción. En él se pudo observar que muestras de agregados de un volumen de 3-8 cm3 tuvieron una mayor
pérdida de agua que las muestras inalteradas de 240cm3 y 28,6cm3. La capacidad de
contracción de estas muestras fue mayor en comparación a muestras inalteradas, lo que puede ser atribuido a que los agregados de 3-8cm3 se encuentran libres o sin nada
muestras de mayor volumen las cuales son protegidas por otras formaciones de agregados en su alrededor.
2.2.1 Densidad aparente. La densidad aparente del suelo es la relación del peso seco
por unidad de volumen del suelo. Esta densidad incluye la parte sólida del suelo y el espacio poroso que existe en el perfil, no así la densidad real o de partículas la cual incluye sólo la parte sólida en la relación entre masa y volumen del suelo (HARTGE y HORN, 1991).
La densidad en la gran mayoría de los suelos aumenta cuando aumenta la profundidad del muestreo, esto es debido al peso del material sobre yacente y al manejo que tenga el suelo, por ejemplo la compactación provocada por el trabajo que se realice sobre el suelo (tránsito de maquinarias), lo que provoca una disminución del espacio poroso (Terzaghi y Peck 1963 y Taylor 1969, citados por MONREAL, 1992).
Para los suelos derivados de cenizas volcánicas, no se cumple la regla anterior, ya que la presencia de partículas finas, y particularmente de arcillas alófanas en profundidad, hace que la densidad aparente sea más baja que la superficie (DÖRNER et al., 2009), lo que equivale a una alta porosidad, mayores agregados del suelo, una mayor estabilidad, menor compactación y por lo tanto un flujo de agua y de aire óptimo para las raíces de las plantas (Maeda et al. 1977, citados por LEWIS, 2008). Valores bajos de densidad aparente entre 0,7–0,9 g/cm3 están relacionados con mejores condiciones
para establecer cultivos agrícolas (NARRO, 1994).
2.2.2 Sistema poroso del suelo. El sistema poroso del suelo es representado por la
distribución del tamaño de los poros en el perfil del suelo. El tamaño de estos permite clasificarlos en poros de drenaje rápido (PDR), poros de drenaje lento (PDL), poros de agua útil (PAU) y poros de agua inútil (PAI), los cuales se presentan en el Cuadro 1 (ELLIES et al., 1982).
Los poros de mayor tamaño (PDR) permiten el paso libre del agua, de las raíces de las plantas y la aireación del suelo, esta porosidad representa la capacidad de aire (CA) del suelo. En los poros intermedios (PAU) el agua se encuentra disponible para las plantas, y en el caso de los poros de menor tamaño o poros finos (PAI) retienen el agua con mayor fuerza por lo que no se encuentra disponible para las raíces (Stallings, 1962; Taylor y Ashccroft, 1972; Kramer, 1983, citados por MONREAL, 1992)
La porosidad gruesa (PDR y PDL) está directamente relacionada con la estructura del suelo, en especial suelos de texturas finas, por lo tanto, cambios en la estructura por acción de fuerzas externas como la compactación del suelo, causan un aumento en al densidad aparente y por consecuencia una disminución del volumen de poros gruesos afectando su tamaño, la forma de ellos y la continuidad del sistema poroso del suelo (DÖRNER et al., 2009). La porosidad fina (PAU y PAI) esta directamente relacionada con la textura del suelo, por lo que no se ve afectada por cambios que pueda sufrir la estructura del suelo (KUTILEK et al., 2006).
CUADRO 1 Tamaño de poros del suelo (diámetro equivalente a un poro esférico).
POROS Abreviación Diámetro [µm] Tensión (hPa)
Poros de drenaje rápido PDR > 50 0-60
Poros de drenaje lento PDL 50-10 60-330
Poros de agua útil PAU 10-0,2 330-15000
Poros de agua inútil PAI < 0,2 >15000
2.3 Contracción del suelo
El cambio que ocurre en el suelo durante el secado, se puede caracterizar a través de la curva de contracción del suelo que indica como cambia el volumen de poros del
suelo en función de los cambios en el contenido de agua (McGARRY y MALAFANT, 1987).
La curva de contracción representa gráficamente el volumen específico en relación al contenido gravimétrico de agua. Esta es representada por una línea teórica que tiene una relación 1:1, referida a dos componentes sólido y liquido. Se elimina todo el contenido de agua en un sistema saturado, luego esta eliminación permite la entrada de aire en todo el sistema (McGARRY y MALAFANT, 1987).
Muchos autores como McGARRY y MALAFANT (1987), TARIQ y DEANNA (1993), BRAUDEAU et al., (1999) reconocen desde el tiempo de STIRK en 1954, cuatro zonas características de contracción en los suelos, las cuales se van formando a medida que el suelo se va secando. Las zonas de contracción son las siguientes:
1. Contracción estructural (x > e) 2. Contracción proporcional (x = e) 3. Contracción residual (x > e) 4. Cero contracción (e = 0)
0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 Índice de humedad x (-) Ín d ic e d e va ci o e ( -) 4 1 3 2 1 A 1 A: Cuerpo rígido
FIGURA 1 Diagrama esquemático de una curva característica de contracción del suelo (adaptada de PENG y HORN, 2005).
La Figura 1 muestra las diferencias entre un cuerpo rígido (A) y el suelo, en la cual se aprecia que el cuerpo rígido no muestra ninguna diferencia de pérdida de volumen con respecto a la pérdida de agua que ocurre en el suelo, no así para un suelo en el cual se ve claramente la disminución del espacio poroso en función de la pérdida de humedad.
La contracción estructural se caracteriza por que la pérdida de volumen de suelo, es menor que la disminución de humedad que la provoca. Acá no existe movilidad de partículas, ni una re-distribución del tamaño de los poros. Esta zona se distingue por ser la parte mas húmeda que se encuentra en el suelo Este tipo de contracción puede estar asociada a un estrés mecánico o un mayor presecado del suelo (Stirk, 1954, citado por McGARRY y MALAFANT, 1987).
La contracción proporcional o normal se caracteriza por la pérdida de volumen de suelo es igual a la pérdida de humedad, y en este caso existe movilidad de partículas del suelo, por que el cambio de volumen que ocurre en esta zona lleva a una alteración de
la distribución del tamaño de los poros y un reordenamiento de las partículas del suelo (NEWMAN y THOMASSON, 1979)
La contracción residual al igual que la estructural, indica que la pérdida de volumen de suelo es menor que la pérdida de humedad y ya no existe movimiento de partículas. La relación de la pendiente es mayor o igual a cero, pero menor a uno (NEWMAN y THOMASSON, 1979).
La contracción nula o cero contracción, es donde las partículas alcanzan su configuración mas densa y por lo tanto, el volumen del suelo ya no sufre ningún cambio por pérdidas de humedad que puedan existir (McGARRY y MALAFANT, 1987).
2.4 Características de suelos volcánicos
Estos suelos están formados a partir de la meteorización de materiales piroclásticos producto de depositaciones volcánicas recientes, siendo el alofán la arcilla no cristalina que le entrega las característica ándicas a estos suelos (SHOJI, 1993).
Los suelos volcánicos presentes en el sur de Chile ocupan cerca de un 60% de la superficie arable del país (BESOAIN, 1985). Estos suelos presentan características físicas y químicas que les confieren un gran potencial de uso, ya sean bajo renoval de bosque nativo, praderas con distintas intensidades de pastoreo y usos agrícolas en general, lo anterior permite analizar los cambios que ocurren al pasar de un suelo no intervenido a un suelo agrícola y ver como influyen estos cambios sobre las características físicas del suelo (ELLIES et al., 2000).
Dentro de las características principales de estos suelos se distinguen la baja densidad aparente asociada a un gran volumen de poros a distintos potenciales mátricos (ELLIES, 1988), la formación de agregados estables y una alta capacidad de contracción (ARMAS et al., 2003; BARTOLI et al., 2007; DÖRNER et al., 2009).
Las propiedades estructurales de estos suelos se ven alteradas por distintos agentes, por un lado el aumento de la presión en el suelo a través del uso intensivo (pisoteo animal), llevan a un aumento en la densidad aparente y la capacidad de soporte, y a una disminución de la porosidad gruesa y materia orgánica (ELLIES, 1988; ELLIES et al., 1997). Por otro lado, los agentes internos como el secado generan cambios estructurales en estos suelos por la alta capacidad de contracción que presentan, estos cambios se ven reflejados en la distribución del volumen de poros a través del estrés hídrico (PENG et al., 2007; DÖRNER et al., 2009).
3 MATERIAL Y MÉTODO
3.1 Suelo y manejo agronómico
El ensayo se realizó en un Andisol de la Región de los Ríos (Chile). Según IREN-UACH (1978), el suelo estudiado corresponde a la serie Pelchuquín. Estos suelos se caracterizan por ser profundos, con clases texturales Franco limosa a Franco arcillo limosa, la estructura o agregación de las partículas en los horizontes superiores se presenta como subangular o granular, con agregados de diversos tamaños los cuales tienden a ser menores en diámetro en la superficie. La estabilidad de los agregados es alta debido a la naturaleza de las arcillas, los agentes cementantes y el efecto estabilizador del agua.
La densidad real es baja por la presencia de altos contenidos de materia orgánica y el predominio de materiales livianos. Los valores de densidad aparente oscilan entre 0,53 y 0,77 g/cm3. Estos valores son extremadamente bajos debido a la presencia de
coloides inorgánicos que entregan una alta porosidad y agregación en las partículas del suelo, a altos contenidos de materia orgánica y a la presencia de minerales livianos. Existe un buen equilibrio en la distribución de poros capilares y no capilares útiles, la que le entrega al suelo una buena aireación y una alta capacidad de retención de agua, la que disminuye considerablemente bajo los 30 cm (IREN-UACH, 1978).
Las muestras obtenidas fueron recolectadas en octubre del 2007 en dos sectores con un uso de suelo diferente, el primero bajo una pradera de un año de pastoreo (P1), y el segundo bajo un renoval de bosque nativo (B). Se tomaron muestras disturbadas y no disturbadas a tres profundidades 5, 20 y 40 cm. Las muestras disturbadas se utilizaron para determinar textura, densidad real, materia orgánica y contenido de alofán. Las muestras no disturbadas (agregados y cilindros de suelo) se usaron para medir la curva de retención de agua, la distribución de poros y capacidad de contracción.
3.1.1 Materiales de laboratorio
• Agregados de suelo de distintos tamaños. • Tamiz de 4 y 6 cm de diámetro. • Resina SARAN F310 • Pesa de 50g • Balanza • Termómetro • Bandejas de arena • Olla a presión • Cilindros 220 cm3
• Vernier caliper (profundímetro)
3.2 Método
Los análisis de las muestras fueron realizados en el Laboratorio de Física de Suelos Profesor Dr. Achim Ellies Sch. del Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos, Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Austral de Chile.
3.2.1 Análisis de laboratorio. En el Cuadro 2, se muestran algunos de los análisis
físicos y químicos que fueron realizados a las muestras de suelo de la serie Pelchuquín, con la metodología correspondiente a cada análisis.
CUADRO 2 Métodos utilizados en la investigación.
Análisis físicos y químicos Metodología Bibliografía
Textura Método del hidrómetro Forsythe, W. (1974) Densidad aparente (g/cm3) Método del cilindro y
terrón
Forsythe, W. (1974) Densidad real (g/cm3) Método del pesaje
sumergido
Forsythe, W. (1974)
Materia orgánica (%) Método de titulación (C total)
Sadzawka, A. (1990) Contenido de alofán (%) Extracción con oxalato
ácido y pirofosfato
Parfitt y Wilson (1985)
3.2.2 Preparación de las muestras. Para el estudio de las propiedades estructurales
se clasificaron y prepararon agregados de suelo. Estos fueron seleccionados según profundidad de muestreo y tamaño. Para definir el tamaño de los agregados se utilizaron tamices de diámetros conocidos de 4 y 6 cm. A partir de ello se definieron agregados de 20cm3 (Ag 6-4cm), y menores a 2cm3 (Ag<4cm). Se seleccionaron 8
agregados por tamaño (para cada profundidad de muestreo y uso de suelo). Con el fin de evaluar el efecto del volumen de los agregados sobre sus propiedades estructurales, se utilizaron muestras de suelo recolectadas en cilindros (220cm3), tal
como lo hicieron SEGUEL y HORN (2005). Se utilizaron 7 cilindros por profundidad y uso de suelo.
3.2.3 Determinación de las propiedades estructurales del suelo. Para la
caracterización de las propiedades físicas del suelo se determinó la curva de retención de agua (curva pF) y la curva de contracción para las muestras no disturbadas (agregados y cilindros).
FIGURA 2. Agregados saturados con agua
3.2.4 Determinación de la curva de retención de agua. Para la determinación de la
curva de retención de agua (curva pF) de los agregados se siguió el siguiente protocolo de preparación y medición:
Una vez que los agregados fueron seleccionados, las muestras fueron saturadas lentamente con agua por medio de ascenso capilar por al menos 7 días y luego fueron equilibradas a distintas tensiones -10, -20, -30, -60 hPa, en bandejas de arenas (Figura 2) y, posteriormente, equilibrados a una tensión de -330 hPa en una olla de presión. En cada tensión de equilibrio se determinó el peso de las muestras. Una vez que los agregados llegaron a de tensión de -330 hPa, se volvieron a saturar por ascenso capilar, para luego ser utilizados para la determinación de la curva de contracción.
Las muestras recolectadas en cilindros fueron saturadas por ascenso capilar y posteriormente equilibradas a distintas tensiones tal como se realizó con los agregados de suelo. La porosidad total del suelo y su distribución fue determinada según lo propuesto por (HARTGE y HORN 1992).
3.2.5 Determinación de la curva de contracción para agregados. Para determinar
la contracción de los agregados, estos una vez saturados con agua, fueron bañados en una resina denominada SARAN F310 (Figura 3), registrándose el gasto de resina de cada uno de los agregados. Esta resina tiene la particularidad que a pesar de ser hidrófoba, permite la evaporación de agua desde el agregado, deformándose si es que el agregado se contrae. La misma metodología ha sido usada por varios autores como BRASHER et al., (1966) y ALLBROOK (1992).
FIGURA 3 Inmersión de agregado en resina SARAN F310
Después de 30 minutos se vuelvieron a recubrir con SARAN F310 registrándose nuevamente el gasto de resina de cada una de ellas. Una vez que las muestras se secan deben ser pesadas en seco y posteriormente en agua (Figura 4) para así registrar su volumen según el Principio de Arquímedes. Las condiciones de temperatura a las que deben estar sometidos los agregados deben fluctuar entre 22° a 25° C, mientras duren las mediciones.
FIGURA 4 Inmersión de agregado en agua.
En un principio se registra el peso y volumen de los agregados en intervalos de tiempo de 6 h, 12 h, 24 h, y 48 h. Esta metodología se repitió hasta que los agregados no presentaron variación en peso y volumen.
Durante la determinación del peso de las muestras en agua se registró la temperatura de la misma con el fin de definir su densidad (FORSYTHE, 1974).
Para que el agregado se pueda sumergir en agua este tiene una pesa colgada, de peso conocido, la cual le ayuda a la inmersión de este en el agua. La pesa debe ser sumergida sin el agregado para registrar el volumen de desplazamiento del agua y así corregir los datos obtenidos posteriormente.
Los agregados que se encuentran estabilizados en peso y volumen, fueron finalmente llevados a la estufa a 105° C por 24 horas. Se registró el peso y volumen antes y después del secado, para así determinar la densidad aparente de cada uno de los agregados.
3.2.6 Determinación de la curva de contracción en muestras recolectadas en cilindros. La curva de contracción se determinó junto con la curva retención de agua.
Para ello, junto con registrar el peso de las muestras en cada tensión de equilibrio, se midió la altura de las muestras de suelo por medio del uso de un Vernier Caliper en 7 puntos definidos, para así determinar la deformación vertical de la muestra. Luego de la última tensión de equilibrio (330 hPa), las muestras se dejaron en condiciones de secado al aire, a 20º C (± 2º C) durante 2 semanas. Durante este periodo se midió el contenido de agua y la deformación vertical de cada muestra de suelo: al primer día, a los 7 y a los 14 días, después de la deshidratación. Finalmente se pusieron a secar en horno por etapas a 30, 60 y 105º C.
3.2.6.1 Definición de la curva de contracción. Con los datos registrados tanto para
los agregados como para las muestras en cilindros se deben realizar los siguientes cálculos para determinar la curva de contracción, la cual nos permite registrar el cambio de volumen de poros en relación a la pérdida de agua que sufre el suelo cuando este se seca. Para conocer esto es necesario conocer la relación de vacíos (e) y la relación de humedad (x) (PENG y HORN, 2005):
[
3 3]
m
m
v
v
e
s f=
(3.1)[
3 3]
m
m
v
v
x
s w=
(3.2)Donde e corresponden a la variación del volumen específico y x corresponde a la variación en el contenido de agua volumétrica del suelo,vf ,
v
s yv
w representan alvolumen de poros,de sólidos y al volumen de agua, respectivamente.
Para determinar el volumen de sólidos (
v
s) se debe conocer la relación entre el peso seco (ss) y la densidad real (dr) de las muestras lo cual se ve en la siguiente formula.[ ]
3m
dr
ss
v
s=
(3.3)3.2.7 Determinación del coeficiente de extensibilidad lineal (COLE). La
determinación del coeficiente de extensibilidad lineal es utilizada para evaluar la contracción de los suelos a través de índices de contracción, para así relacionarlo con características químicas, físicas y mineralógicas del suelo (GROSSMANN et al., 1968; DÖRNER et al., 2009). El COLE define una deformación unidimensional del suelo desde saturación hasta que el suelo se seca. El suelo cambia su volumen a medida que se seca y se toma como limite de mojado el estado saturado del suelo. La magnitud de la contracción se va definiendo de acuerdo a los distintos poros que presenta el suelo (Grossman et al., 1968, citados por PENG et al., 2007).
El COLE es definido y calculado a través de la siguiente ecuación:
º 105 º 105 0
L
L
L
COLE
=
−
(3.4)Donde L0 y L105ºC, corresponden a la longitud de las muestras cuando están en
saturación y la longitud después de ser secadas en el horno a 105ºC, respectivamente. Los índices del COLE pueden variar entre 0,03 y 0,09 (Cuadro 3) cuantificando la magnitud de la contracción del suelo.
CUADRO 3 Grado de expansión-contracción según el coeficiente de extensibilidad lineal del suelo (COLE)
Adaptado de PENG et al., (2007).
Grado de expansión-contracción COLE
BAJA < 0,03
MODERADA 0,03 – 0,06
ALTA 0,06 – 0,09
Para la definición del COLE de los agregados se calculó previamente el diámetro equivalente de los agregados irregulares a través de la siguiente ecuación:
[ ]
cm
d
m
d
B 3 16
∗
=
π
(3.5)Donde m es la masa (g) del agregado y dB corresponde a la densidad aparente (g/cm3).
La ecuación entrega el diámetro equivalente similar a una esfera de los agregados irregulares en su forma, dependiendo de su masa y la densidad aparente que estos presenten, a partir de estos datos se calcula el COLE de los agregados según su diámetro. La ecuación es la siguiente:
C C
d
d
d
COLE
º 105 º 105 0−
=
(3.6)Donde d0 y d105º C, corresponden al diámetro de los agregados al momento de estar
saturados y después de ser secados al horno a 105º C.
3.3 Análisis estadístico
Para determinar el análisis estadístico, de las muestras se utilizó el programa estadístico STATGRAPHICS Plus versión 5.1. Las muestras fueron analizadas según las siguientes variables: manejo de suelo, tamaño de agregados y profundidad de muestreo, se realizaron pruebas de normalidad y homogeneidad a las distintas variables, y una vez que se cumplieron estos supuestos se realizó el análisis de varianza (ANDEVA). Para las muestras que presentaron diferencias estadísticamente significativas entre las medias, se utilizó el test de Tukey (P≤0,05) y una confiabilidad del 95%. Para correlacionar el coeficiente de extensibilidad lineal con la densidad aparente y el volumen inicial de las muestras, se realizó un análisis de regresión lineal simple.
4 PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
4.1 Propiedades generales del suelo estudiado
El estudio fue realizado en un Andisol de la provincia de Valdivia el que corresponde a la Serie Pelchuquín (Typic Hapludand) (IREN-UACH, 1978), en dos sistemas de manejo, el primero un Renoval de Bosque Nativo (B) y el segundo una Pradera de un año (P1). Los análisis químicos y físicos que fueron realizados son: Materia orgánica (% Corg), % de Alofán, Textura, Densidad real (dr), Densidad aparente (dap) y
Porosidad total (PT) (Cuadro 4).
En el Cuadro 4 son observados los resultados para ambos manejos de suelo los que indican un alto contenido de materia orgánica en los primeros centímetros del suelo, y un alto % de limo y arcilla, lo anterior junto con la presencia de alofán en profundidad y la baja densidad aparente presente en ambos manejos son características típicas de los Andisoles del sur de Chile, lo cual coincide con estudios realizados por ELLIES y CONTRERAS (1997).
La textura del suelo según los resultados obtenidos de los porcentajes de arena, limo y arcilla indican que para ambos manejos corresponden a una textura franco limosa o franco limo arcillosa. La presencia de alofán en la fracción arcillosa es una de las características que distingue a los Andisoles. El porcentaje de alofán para B no presenta diferencias estadísticamente significativas, pero si existe una tendencia al aumento del contenido de alofán en profundidad de un 8 a 11%. Lo que se observa en P1 es algo similar a lo anterior, pero presentando diferencias estadísticamente significativas en las tres profundidades. El aumento del contenido de alofán en profundidad para ambos manejos genera la disminución de la densidad aparente entregando buenas características físicas en profundidad a estos suelos (IREN-CORFO-UACH, 1978). Lo anterior ha sido observado por HUYGENS et al., (2005) y DÖRNER et al., (2011), para distintos suelos derivados de cenizas volcánicas. Una de
las características principales de los suelos derivados de ceniza volcánicas es el alto porcentaje de alofán, arcilla no cristalina derivada de filosilicatos de rango corto, la cual está constituida de esferas porosas que no presentan una agregación definida lo que trae como consecuencia que la estructura porosa presente una baja cohesión entre las partículas de arcilla y derive en una estructura esponjosa típica de suelos volcánicos (ALLBROOK, 1985; GRAY y ALLBROOK, 2002).
CUADRO 4 Propiedades analizadas del suelo
(Prof: Profundidad; dr: Densidad real; PT: Porosidad total)
*Se presentan valores promedio ± 1 error estándar. Letras mayúsculas distintas indican diferencias estadísticamente significativas entre manejos de suelo a una determinada profundidad de muestreo, mientras que letras minúsculas indican diferencias estadísticamente significativas entre los resultados de las distintas profundidades para un mismo manejo (P≤0,05).
Sitio Prof. Arena Limo Arcilla textural Clase dr dap Corg Alofán PT
[ - ] [cm] ___________[%]____________ [ - ] [g/cm3] [g/cm3] [%] [%] [%]
5 9 48 43 Arcillo limoso 2,06
0,54
± 0,01Ba ± 0,01A16,40 a ± 0,178,04 b ± 0,62A73,70 a
20 9 57 34 Franco arcillo limoso 2,03
0,55
± 0,01Ba ± 0,01B7,40 b ± 0,14A10,50 a ± 0,71A73,00 a
Bosque
(B) 40 7 62 31 Franco arcillo limoso 2,07
0,56
± 0,01Aa ± 0,01A3,40 c ± 0,11B11,60 a ±0,91A73,00 a
5 6 59 35 Franco arcillo limoso 2,12
0,66
± 0,01Aa ± 0,01B11,10 a ± 0,38B7,86 c ±0,98B68,80 b
20 8 57 35 Franco arcillo limoso 2,08
0,64
± 0,02Aa ± 0,01A12,20 a ± 0,47B8,03 b ±0,96B69,20 b
Pradera
(P) 40 6 75 19 Franco arcillo limoso 2,03
0,57
El porcentaje de carbono orgánico para el manejo de B presenta diferencias estadísticamente significativas entre las tres profundidades de muestreo, manifestando una clara disminución a medida que aumenta la profundidad de muestreo. Algo similar ocurre en manejo P1, la cual disminuye en profundidad, pero en los primeros 20cm no existen diferencias estadísticamente significativas, lo cual puede estar relacionado con el manejo que se realiza en el suelo, en donde existe movimiento y extracción de materia orgánica, lo que no ocurre en el manejo de B.
El efecto del cambio de uso del suelo desde renoval de bosque nativo a pradera de un año se puede observar en los primeros 20cm de profundidad. Esto, por medio de la disminución de un 32% del porcentaje de carbono orgánico junto con el aumento de un 22% de la densidad aparente en los primeros centímetros del suelo bajo pradera, lo que ocurre por efecto del pisoteo animal. Sin embargo, a los 40cm de profundidad no se observan estas diferencias, ya que la carga animal y el manejo agrícola (p. ej. labranza) no generan un asentamiento mayor del suelo hasta esta profundidad.
La densidad aparente para el manejo de B no presenta diferencias estadísticamente significativas en las tres profundidades de muestreo. La densidad aparente para el manejo de P1 va disminuyendo a medida que aumenta la profundidad de muestreo.
Los valores de la densidad aparente presentan diferencias estadísticamente significativas al comparar las profundidades más superficiales (5-20cm) con profundidades de 40cm, diferencias que pueden estar relacionadas con el manejo que se presenta en este suelo. En este sentido, el efecto del pisoteo animal en los primeros centímetros de suelo induce a una reducción en la porosidad total del suelo (p. ej. STRUDLEY et al., 2008; DEC et al., 2011) provocados por el cambio de uso de suelo. Un comportamiento similar fue observado por DÖRNER et al., (2011), en un Typic Durudand (Serie Los Lagos).
4.1.1 Porosidad total (PT) y densidad aparente (dap) del suelo y agregados del mismo, recolectados en bosque y pradera. El Cuadro 5 muestra los resultados de
porosidad total y densidad aparente a distinta escala de muestreo en ambos sitios y en las tres profundidades del suelo.
CUADRO 5 Densidad aparente y porosidad total de agregados
Profundidad 5cm 20cm 40cm 5cm 20cm 40cm
Sitio Tamaño
[ - ] [cm3]
dap
[g/cm3] [%] PT
220 0,54aA 0,55aA 0,56aA 73,70aB 73,00aC 73,00aC 20 0,68aB 0,68aB 0,70aB 67,09aA 66,66aB 66,17aB
Bosque
(B) 2 0,74aB 0,78aC 0,76aC 64,00aA 61,36aA 63,18aA 220 0,66bA 0,64abA 0,57aA 68,88aB 69,23aB 71,21aA 20 0,80bB 0,66aA 0,62aA 62,38aA 68,10bB 69,38bA
Pradera
(P) 2 0,79bB 0,76bB 0,64aA 62,73aA 63,46aA 68,47bA (220cm3= Cilindro, 20cm3= Ag 6-4cm, 2cm3= Ag<4cm).
*Se presentan valores promedio ± 1 error estándar. Letras mayúsculas distintas indican diferencias estadísticamente significativas entre tamaños de muestreo a una misma profundidad y parámetro analizado de cada manejo, mientras que letras minúsculas indican diferencias estadísticamente significativas entre las distintas profundidades de un mismo manejo de suelo (P≤0,05).
En el Cuadro 5 se puede apreciar que los valores de densidad aparente y porosidad total presentan diferencias significativas en ambos manejos y distintos tamaños de muestreo. Por un lado, las densidades aparentes tienden a una disminución a medida que aumenta el tamaño de los agregados en ambos manejos de suelo y las tres profundidades analizadas, lo que se ve reflejado en el aumento de la porosidad total de cada sitio. Esta misma relación fue encontrada por SEGUEL y HORN (2006) en un Andisol de la serie Pemehue. Esta disminución de la densidad aparente se explica a
través del ordenamiento jerárquico de las partículas, en donde los agregados están conformados por agregados de menor tamaño, generando así una mayor cantidad de espacio o fallas internas en los agregados, lo que lleva a un mayor espacio de vacío en proporción al volumen total del agregado por lo que disminuye la densidad aparente (HALLET et al., 2000; SIX et al., 2004).
En el manejo de P1 los valores de la dap son mayores en comparación a B lo cual
puede estar relacionado con el cambio de uso de suelo tal como se discute en el capítulo 4.1. A medida que aumenta la profundidad, la dap se ve disminuida lo que se
ve reflejado en el aumento de la porosidad total del suelo. En relación al efecto de la escala de muestreo, la dap aumenta a medida que disminuye el tamaño de los
agregados ocurriendo algo similar que al manejo de B, lo cual esta relacionado con la jerarquía de agregación, donde agregados mas pequeños son los que presentan una mayor resistencia al secado del suelo y muestran una densidad aparente mas alta en comparación a los agregados de mayor tamaño (BABEL et al., 1995).
4.1.2 Efecto del cambio de uso de suelo y de la escala de muestreo sobre la curvas de retención de agua y distribución de poros. Las Figuras 5 y 6 muestran
los resultados de las curvas de retención de agua para los manejos de B y P1, respectivamente, las cuales están separadas por profundidad y tamaño de muestreo. A partir de las curvas de retención de agua se determinó la distribución de poros del suelo por medio de la diferencia en el contenido volumétrico de agua entre las distintas tensiones para ambos manejos (Cuadro 6 y 7).
En la Figura 5 se puede observar que las curvas para bosque en cada profundidad y distintos tamaños presentan similares tendencias, de las cuales se puede desprender que el espacio poroso y su distribución no presentan mayores diferencias. Sin embargo, el volumen total del sistema poroso es mayor en superficie, lo que coincide con lo que indican NISSEN et al., (2006), quienes señalan que suelos que no son intervenidos por el hombre, como es el caso de un bosque nativo, tienden a presentar una mayor proporción de porosidad total en la superficie.
(220cm3= Cilindro, 20cm3= Ag 6-4cm, 2cm3= Ag<4cm).
FIGURA 5 Curvas de retención de agua para Renoval de Bosque nativo, en tres profundidades (B5-B20-B40cm) y distintos volúmenes de agregados.
El cambio de uso de suelo de bosque a pradera induce una reducción de la porosidad total de este último, lo que esta asociado a una disminución en el contenido de materia orgánica y un aumento de la densidad aparente en los primeros 20 cm de profundidad (Cuadro 4) (ELLIES, 1995). 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pF A gu a (% V ) B5-220cm3 B5-20cm3 B5-2cm3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pF A gu a (% V ) B20-220cm3 B20-20cm3 B20-2cm3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pF A gu a (% V ) B40-220cm3 B40-20cm3 B40-2cm3
(220cm3= Cilindro, 20cm3= Ag 6-4cm, 2cm3= Ag<4cm).
FIGURA 6 Curvas de retención de agua para Pradera de 1 año, en las tres profundidades (P5-P20-P40cm) y distintos volúmenes de agregados.
Las curvas de retención de agua del suelo bajo pradera (Figura 6) presentan similares tendencias en las tres profundidades; sin embargo, a los 40cm de profundidad no se ve esta misma relación, los agregados de menor tamaño no muestran un comportamiento
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pF A gu a (% V ) P5-220cm3 P5-20cm3 P5-2cm3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pF A gu a (% V ) P20-220cm3 P20-20cm3 P20-2cm3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pF A gu a (% V ) P40-220cm3 P40-20cm3 P40-2cm3
sigmoideo como las curvas anteriores, ya que el contenido de agua del suelo aumenta ligeramente, cuando debiera ser menor. Lo anterior se puede deber a un deterioro de los agregados ya sea por manipulación o por la acción del medio, por lo que estos resultados no serán considerados en la distribución de poros para este tamaño de agregado.
También se puede ver en la Figura. 6, que la reducción del volumen de poros en la pradera implica una disminución de la porosidad gruesa superficialmente la cual es compensada por el aumento de la porosidad media y fina. Esta disminución de la porosidad y cambio en su distribución ha sido documentada por ELLIES et al., (1993); DÖRNER et al., (2011), para distintos suelos derivados de cenizas volcánicas en el sur de Chile.
Los Cuadros 6 y 7 exhiben los porcentajes de distribución del tamaño de los poros para los manejos de renoval de bosque nativo y pradera un año en función de la profundidad de muestreo y el tamaño de las muestras.
CUADRO 6 Distribución del tamaño de los poros en función de la profundidad y tamaño de muestreo en manejo de renoval de bosque nativo.
(220cm3= Cilindro, 20cm3= Ag 6-4cm, 2cm3= Ag<4cm).
Sitio Prof. Tamaño
(cm3) CA (%) >50µm PDL (%) 50-10µm PAU (%) 10-0,2µm PAI (%) <2µm
220 13,29Ab 12,06Ac 17,00Bb 26,33Ba
20 5,50Aa 6,99Ab 8,41Aa 35,14Bb
5cm
2 17,78Ac 1,59Aa 4,44Aa 38,44Bb
220 13,43Aa 16,47Bb 11,31Ab 25,78Ba 20 12,04Ba 15,44Bb 9,83ABb 34,65Bb 20cm
2 23,93Bb 3,47Aa 6,11Aa 40,11Bb
220 13,42Aa 16,26Bb 16,97Ba 22,42Aa 20 15,00Ba 14,41Bb 13,66Ba 29,45Ab
BOSQUE (B)
40cm
*Se presentan valores promedio ± 1 error estándar.Letras mayúsculas distintas indican diferencias estadísticamente significativas para el mismo tamaño de muestra en cada profundidad, mientras que letras minúsculas distintas muestran diferencias estadísticamente significativas para los distintos tamaños de la muestra en cada tipo de poro a igual profundidad (P<0,05).
Los resultados que presenta el Cuadro 6 desde el punto de vista del tamaño de agregados, muestran que no existe una relación clara entre la porosidad gruesa (PDR-PDL) y el diámetro de las muestras. En ese sentido, lo que se esperaría es que los poros gruesos disminuyan a medida que las muestras son mas pequeñas; sin embargo, se puede ver que la capacidad de aire, la cual esta determinada por los poros gruesos, aumenta levemente desde los agregados de 20 a los de 220 cm3 en los
primeros 20 cm de profundidad. El alto porcentaje de la porosidad gruesa en los agregados de menor tamaño se podría explicar por un lado, por las características de micro agregación que presentan los Andisoles (WRB, 2006), o por un problema en la metodología, en donde la determinación de la curva pF deja expuesta la superficie de los agregados a la acción del medio, provocando la pérdida de agua por evaporación la cual se sumaría a la pérdida producida por la succión a los 60 hPa.
La porosidad indicada en el Cuadro 6 muestra que los poros gruesos (PDR-PDL), son mayores en el B en comparación a los poros gruesos del manejo de P1 (Cuadro 7), en donde se ve una disminución de estos tipos de poros en los primeros 20 cm de profundidad. En general, los suelos bajo un manejo de bosque comúnmente presentan un mayor volumen de poros y en especial poros gruesos. Es así que cuando el suelo de un bosque pasa a ser suelo bajo pradera, los principales poros que se ven disminuidos son los poros gruesos (ELLIES et al., 1993), ya que son más inestables.
En el Cuadro 7 se aprecian los resultados del manejo de pradera, donde la porosidad en relación al tamaño de los agregados, muestra que para los poros gruesos (PDR-PDL), aumentan conforme aumenta la profundidad de muestreo (5-20cm), mientras que la porosidad fina a esta misma profundidad disminuye para un mismo tamaño de
muestreo. ELLIES, (1995) señala que el uso del suelo disminuye la macro porosidad e incrementa la porosidad fina, en donde el cambio de la distribución de poros corresponde a un deterioro de la estructura del suelo. Este estado menos estructurado permite que la porosidad media y fina tengan una mayor participación relativa en la porosidad total del suelo, disminuyendo así la capacidad de aire del suelo y favoreciendo la capacidad de retención de agua aprovechable para las plantas.
CUADRO 7 Distribución del tamaño de los poros en función de la profundidad y tamaño de muestreo en Praderas con un año de pastoreo.
(220cm3= Cilindro, 20cm3= Ag 6-4cm, 2cm3= Ag<4cm, n.d: no determinado)
*Se presentan valores promedio ± 1 error estándar.Letras mayúsculas distintas indican diferencias estadísticamente significativas para el mismo tamaño de muestra en cada profundidad, mientras que letras minúsculas distintas muestran diferencias estadísticamente significativas para los distintos tamaños de la muestra en cada tipo de poro a igual profundidad (P<0,05).
Estos cambios en la distribución por tamaño de los poros, indican un cambio en la estructura del suelo, la cual no sólo es efecto de una acción mecánica, siendo la contracción generada por el secado del suelo otra de las causas. Este secado depende de la energía que recibe la superficie, el uso y consumo del agua por parte de las
Sitio Prof. Tamaño
(cm3) CA (%) >50µm PDL (%) 50-10µm PAU (%) 10-0,2µm PAI (%) <2µm
220 6,45Aa 10,01Ac 24,33Cb 26,30Aa
20 5,61Aa 5,25Ab 21,67Bb 32,49Bb
5cm
2 11,63Ab 2,30Aa 4,20Aa 35,73Ac
220 8,13Aa 13,07Bb 20,99Bb 23,74Aa
20 8,56Aa 18,36Bc 19,83Bb 25,86Ab
20cm
2 14,47Ab 4,19Aa 3,08Aa 33,39Ac
220 7,55Aa 17,72Ca 15,92Aa 30,51Ba 20 16,21Bb 19,22Ba 14,65Aa 33,62Ba
Pradera (P1)
40cm
plantas. En un sistema de pradera lo anterior es máximo en las capas superficiales del suelo (HUBER, 1991).
4.2 Efecto de la escala y profundidad de muestreo, sobre las curvas de contracción para ambos manejos de suelo
La Figura 7 muestra las curvas de contracción del manejo de renoval de bosque nativo en función de la profundidad de muestreo y el tamaño de los agregados. En términos generales los suelos pueden presentar 4 fases de contracción como se describe en el capítulo 2.3. Todas las curvas muestran una contracción debido a la pérdida de agua que estas sufren lo que es congruente con los resultados obtenidos por otros autores como PENG et al., (2007); DÖRNER et al., (2011), entre otros.
En la Figura 7 se observa que el tipo de contracción estructural (x>e) está presente en las tres profundidades al igual que la contracción proporcional (x=e). En la primera fase se aprecia una mayor pérdida de agua en comparación a la pérdida de vacíos que existen en el suelo, mientras que en la segunda, se produce una pérdida proporcional de poros y de agua. Finalmente, la contracción residual (x>e) y cero contracción (e=0) no son observables claramente.
Para las muestras de mayor tamaño 220 cm3 en las tres profundidades de muestreo se
puede observar que la contracción se da en un rango de pérdida de agua más ancho en comparación a los otros tamaños, lo que refleja la mayor porosidad y almacenamiento de agua en y entre los agregados. Mientras que tamaños menores de 20cm3 presentan curvas de contracción con rangos mas cortos al igual que para los
tamaños de 2cm3. Las curvas no muestran diferencias marcadas en las tres
profundidades, y no se distinguen a simple vista las cuatro fases de la curva de contracción; sin embargo, en los tamaños mas pequeños se diferencian la contracción estructural, proporcional y residual, la cero contracción no se distingue claramente.
FIGURA 7 Curvas de contracción para las distintas profundidades y tamaños de agregados en manejo de renoval de bosque nativo.
2cm3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pérdida de agua x, (m3/m3) C on tr ac ci ón e , ( m 3/m 3) B 5cm B 20cm B 40cm 20 cm3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pérdida de agua x, (m3/m3) C on tr ac ci ón e , ( m 3/m 3) B 5cm B 20cm B 40cm 220 cm3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pérdida de agua x, (m3/m3) C on tr ac ci ón e , ( m 3/m 3) B 5cm B 20cm B 40cm
En la Figura 8 se pueden observar que las curvas de contracción de las muestras de 220cm3 a los 5 y 20cm de profundidad son muy similares y que presentan la misma
tendencia, en donde se puede ver una prolongada contracción estructural y luego una pequeña contracción proporcional, mientras que las otras dos fases de contracción no fueron observadas. Por otro lado, a los 40cm de profundidad la contracción estructural fue menor en comparación a las otras profundidades, la contracción proporcional es más extensa que las otras dos profundidades, y se puede apreciar una pequeña contracción residual, pero no se ve claramente la cero contracción.
En las curvas de las muestras de 20cm3 no se ven claramente las fases de contracción
a los 20 y 40cm, lo que si se puede apreciar es una pequeña contracción estructural. Lo anterior no ocurre a los 5cm, en donde si se pueden ver las dos primeras fases de contracción (estructural y proporcional), pero no se ven las ultimas dos fases.
En el tamaño de las muestras de 2cm3, las curvas de contracción son mucho mas
angostas a los 5 y 20cm de profundidad en comparación a los 40cm, y mas pequeñas que los otros dos tamaños de muestreo, las curvas de las muestras mas superficiales presentan similares tendencias en donde se aprecian las fases de contracción estructural mas angostas que las fases de contracción proporcional. Mientras que las fases de cero contracción y contracción residual no se aprecian claramente en el grafico.
En la Figura 7 se presentan rangos de curvas de contracción más amplias en comparación a las curvas presentadas en la Figura 8 para el tamaño de 220cm3 en las
tres profundidades del suelo. En la Figura 8 las curvas de contracción a los 40cm de profundidad para los tres tamaños de muestreo presentan una mayor contracción en comparación a las otras profundidades, lo cual puede estar relacionado con el alto contenido de alofán que presentan estos suelos en profundidad (Cuadro 4).
FIGURA 8 Curvas de contracción para las distintas profundidades y tamaños de agregados en manejo pradera 1 año.
2 cm3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pérdida de agua x, (m3/m3) C on tr ac ci ón e , ( m 3/m 3) P1 5cm P1 20cm P1 40cm 220 cm3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pérdida de agua x, (m3/m3) C on tr ac ci ón e , ( m 3/m 3) P1 5cm P1 20cm P1 40cm 20 cm3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pérdida de agua x, (m3/m3) C on tr ac ci ón e , ( m 3/m 3) P1 5cm P1 20cm P1 40cm
4.3 Efecto de la densidad aparente sobre la capacidad de contracción del suelo bajo ambos manejos caracterizado a través del coeficiente de extensibilidad lineal (COLE)
El coeficiente de extensibilidad lineal (COLE) indica la magnitud con que se presenta la contracción en los distintos volúmenes de suelo, permitiendo establecer la variación unidimensional del volumen del suelo desde un estado de saturación hasta un estado seco del suelo (GROSSMAN et al., 1968). La Figura 9 muestra la relación entre el COLE y la densidad aparente de las muestras de mayor tamaño (220cm3). Se aprecia
que el coeficiente de extensibilidad lineal disminuye exponencialmente con el aumento en la densidad aparente de las muestras. El aumento en la densidad aparente puede estar relacionado con el tráfico animal cuando se trata del manejo de pradera (ELLIES, 1995).
Estudios realizados por BARTOLI et al., (2007) presentaron resultados donde la alta capacidad de contracción en Andisoles de Europa está relacionada con altos contenidos de alofán y una baja densidad aparente, como también se puede apreciar en los suelos estudiados.
y = 0,5272e-3,0241x R2 = 0,42 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 Densidad aparente (g/cm3) C O LE ( -)
FIGURA 9 Coeficiente de extensibilidad del suelo en función de la densidad aparente del suelo medido en cilindros de 220 cm3.
