Curva de Retención de Humedad del Suelo
Introducción La curva característica o curva de retención de humedad se define como la relación entre el potencial matricial y el contenido de agua en un suelo. Esta relación expresa, indirectamente, la distribución de los diámetros de los poros en un suelo, ya que la retención capilar depende de su tamaño. El agua en el suelo está retenida por distintas fuerzas que determinan su potencial hídrico, expresado en unidades de presión. Este potencial hídrico, en un suelo insaturado, se compone de:
Potencial matricial (retención por capilaridad) Potencial osmótico (retención por los iones en solución) Potencial gravitacional (ejercido por la fuerza de la gravedad)
Debido a que los poros del suelo retienen el agua impidiendo su drenaje, el potencial matricial es negativo. El rango de potenciales matriciales en el que se determina la curva característica va desde 0 kPa (saturación) hasta aproximadamente -106 kPa (suelo seco en estufa). La curva se determina equilibrando una muestra de suelo saturado con una serie de potenciales matriciales conocidos, y midiendo el contenido de agua retenida en cada uno de ellos. Se recomienda utilizar los siguientes potenciales matriciales: matriciales: -6, -10, -33, -100, -200, -400, -800, -1200, y -1500 kPa. La curva característica de un suelo es aquella que se obtiene al graficar el contenido de humedad (eje de las Y) versus la tensión o potencial mátrico (eje de las X). Esta curva es propia de cada suelo y varia con la textura y estructura. La curva característica de humedad se utiliza para: 1) Determinar la capacidad de retención de agua disponible para las plantas 2) Evaluar cambios en la estructura del suelo, ya sea por compactación, laboreo, adición de materia orgánica, etc. 3) Estimar la distribución del tamaño de poros 4) Conocer la relación entre el potencial matricial y otras propiedades físicas del suelo. La figura 1 muestra curvas características para un suelo arcilloso y uno arenoso. Ambos suelos a C. de C. tienen distinto contenido de humedad, siendo mayor en el suelo arcilloso que en el arenoso, sin embargo, la tensión o potencial mátrico a que esta r etenida esta agua es el mismo, -0.33 bares. De igual forma ambos suelos a P.M.P. tienen distinto contenido de humedad, siendo mayor en el suelo arcilloso que en el arenoso, esto implica que las plantas que se encuentran en suelos arcillosos se marchitan con un contenido de humedad mayor del suelo que las plantas que se encuentran en un suelo arenoso, sin embargo la tensión o potencial mátrico a que esta retenida esta agua es el mismo, -15 bares.
Figura 1. Curva característica de suelo arcilloso y suelo arenoso.
Parámetros de humedad relacionados
Punto de saturación El punto de saturación del suelo se obtiene en el laboratorio al preparar una pasta saturada. Se considera como la cantidad máxima de agua que un suelo puede retener. Este parámetro se ve afectado por el tipo y contenido de arcilla, así como por el tipo y contenido de materia orgánica. El punto de saturación de un suelo va de menos del 10% para suelos arenosos, hasta 150% para suelos muy arcillosos y/o con muy alto contenido de materia orgánica. Capacidad de campo La capacidad de campo (CC) de un suelo representa la cantidad máxima de agua que puede ser retenida en un suelo en contra de la fuerza de la gravedad, después de un riego o lluvia que ha humedecido todo el suelo. En este punto el drenaje interno es insignificante. Al igual que el punto de saturación, también se ve afectado por el tipo y contenido de arcillas y materia orgánica. En términos de tensión, el valor de capacidad de campo se obtiene, generalmente, cuando se aplica al suelo una tensión de 1/3 de atmósfera (-33 KPa). Punto de marchitamiento permanente El punto de marchitamiento permanente (PMP) se define como la cantidad de agua del suelo en el que las hojas de las plantas que en él crecen se marchitan y no son capaces de recuperarse cuando se colocan en una atmósfera casi saturada de agua durante una noche. En la práctica, se utiliza este concepto para indicar el límite inferior del intervalo de agua disponible en el suelo. El valor de este parámetro se puede obtener aplicando al suelo una tensión de -1500 kPa. Agua disponible La cantidad de agua fácilmente accesible o humedad aprovechable es el agua retenida en un suelo entre la capacidad de campo y el punto de marchitamiento permanente. La CC representa el límite superior o 100% de disponibilidad de la humedad del suelo. El PMP es
el límite inferior de esta disponibilidad o 0%. Los suelos de textura fina tienen límites más amplios de agua disponible que los suelos de textura gruesa.
Capacidad de retención de agua disponible La capacidad de retención de agua disponible es la cantidad de agua retenida por el suelo que puede ser absorbida por las plantas. La diferencia entre los valores de humedad a capacidad de campo y punto de marchitamiento permanente representa la capacidad de retención de agua disponible.
Métodos de determinación Existen tres métodos distintos para obtener las curvas de retención de un suelo. El procedimiento usual consiste en equilibrar muestras en un intervalo específico de potenciales y entonces determinar su contenido de humedad (someter muestras a diferentes presiones y determinar la humedad de equilibrio bajo estas presiones). Las mesas de presión, platos de presión y desecadores de vacío son algunos ejemplos de este método. En el segundo procedimiento, se permite que las muestras se sequen progresivamente y su potencial y contenido de humedad son medidos directamente (consiste en someter muestras a drenaje, para medir el contenido de humedad y la succión matricial al mismo tiempo y de manera directa). La tercera opción se refiere a modelos teóricos de curvas de retención de humedad, basados otros en parámetros medidos en los suelos, tales como distribución de tamaños de partículas y dimensión fractal obtenida del análisis de imágenes de muestras de suelo impregnadas con resinas (Townend et al., 2000). En la Tabla 1se encuentran discriminados diferentes métodos de medición de la curva de retención. Tabla 1. Métodos de determinación de l as curvas de retención, adaptado Townend (2000)
Como obtener la curva de retención de humedad de agua del suelo Como ejemplo, se utiliza un suelo de textura franca fina. La Tabla 2 muestra los valores de contenido de humedad gravimétrico en función de la tensión de humedad del suelo (THS = potencial mátrico del suelo con signo negativo). Tabla 2. Valores de THS y θ g
THS (kPa) 10 30 100 500 1000 1500
Θg (%)
32.47 26.72 25.46 19.37 19.80 14.97
La representación gráfica de estos valores aparece en la Figura 2 35 30 25 ) 20 % ( θ 15 10 5 0
y = 43,983x-0,132 R² = 0,9174 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
THS (kPa)
Figura 2. Curva de Retención de agua en un suelo
A partir de los datos de la Figura 2, se genera la ecuación
= 43,983 ∗ −. Con esta ecuación es posible calcular los contenidos de humedad gravimétrica en otras tensiones, entre ellas, 30 Kpa, que corresponde a capacidad de campo, y 1500 kPa, que equivale al punto de marchitez permanente. Si el interés es determinar el contenido de humedad gravimétrico a capacidad de campo, asumiendo que la tensión correspondiente a este punto es de 30 kPa, entonces
= 43,983 ∗ −. = 43,983 ∗ (30)−. = 28.07%
El punto de marchitez permanente será:
= 43,983 ∗ −. = 43,983 ∗ (1500)−. = 16.75%
La CC y el PMP se denominan constantes en el suelo, y con estos valores se define el agua aprovechable (AA) para las plantas. Bibliografía Flórez, L., & Alcalá, J. (2013). Manual de procedimientos analíticos. Laboratorio de física de suelos. Universidad Nacional Autónoma de México UNAM. Instituto de geología. Departamento de edafología. Gómez, A. (2009) Determinación de la curva de retención de agua de suelos granulares usando redes neuronales artificiales. Trabajo de Grado. Escuela de Ingeniería Civil Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga Silva Robledo, H., Silva Candia, P., Garrido, M. y Acevedo Hinojosa, E. (2015).Manual de estudio y ejercicios relacionados con el contenido de agua en el suelo y su uso por los cultivos. Disponible en http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/130642
