Anexo 5.4 Interpretación de Constantes H ídricas del suelo. Introducción Resulta fundamental conocer cual es la disponibilidad en el suelo, para suplir la demanda de agua de los cultivos. Ella esta directamente relacionada con la matriz de suelo, y por lo tanto su retención estará sometida a principios y leyes físicas y características mecánicas de los suelos. En términos prácticos, el agua en el suelo presenta diferentes tasas de disponibilidad para las plantas creciendo sobre el, estas cantidades de agua disponible normalmente asociadas a una determinada tensión interna, traducida como la presión negativa ejercida por una columna de agua, en términos prácticos, la presión es una fuerza que se realiza por ejemplo para empujar un cuerpo, la tensión es la misma magnitud de fuerza, pero en sentido contrario, es decir tirando a el mismo cuerpo, por lo que la presión cambia de signo pasando a ser negativa (Figura 1). Las cantidades de agua mencionadas están relacionadas con el contenido volumétrico de agua en el suelo y que incide sobre la fuerza con que esta retenida el agua en el suelo y se denominan Constantes Hídricas. Los valores mas utilizados de límites de tensión a la que está retenida el agua en el suelo y que definen su estado energético son Capacidad de Campo (CC) y Punto de Marchitez Permanente (PMP). Para uso agronómico, las constantes hídricas mas utilizadas son Capacidad de Campo y Punto de Marchitez Permanente, las cuales están relacionadas con ciertos niveles de energía del agua en el suelo y corresponden a % de humedad del suelo, que son características para cada suelo.
Fuente: Casanova 2007 Figura 1: 1 : Diagrama que representa los estados hídricos y la disponibilidad de agua para las plantas.
Resumiendo, las plantas toman agua desde el suelo a presiones negativas o tensión, para entender esto, se puede decir que se asemeja a tomar agua desde una botella con una bombilla, mientras la bombilla sea mas larga, mas presión deberemos realizar con nuestra boca para que el agua llegue
desde la botella hasta nuestra boca. en el caso de las plantas es una situación similar, se puede asociar la tensión como la fuerza necesaria para sacar agua del suelo. esto se puede observar en forma esquemática en la Figura 2.
Planta absorbiendo agua a Capacidad de Campo
Planta absorbiendo agua a Punto de Marchitez Permanente
u a A g Bombilla Bombilla
Figura 2: Esquema que indica la diferencia en absorción de agua a Capacidad de Campo y Punto de Marchitez Permanente.
Definiciones de Conceptos Capacidad de campo El concepto de capacidad de campo (CC) es un concepto definido a partir de las experiencias del riego tecnificado. Se define como el contenido de agua que retiene un suelo en contra de la fuerza de gravedad, en condiciones de equilibrio y cuando no existe extracción de agua del suelo por las plantas, sea esta por evaporación o transpiración. Se expresa como porcentaje sobre la masa o volumen y también como una altura de una columna de agua para una cierta profundidad del suelo (ejemplo mm/m). Esta es una propiedad del suelo, que no se puede definir en forma exacta, sin embargo, es de alguna utilidad para muchas soluciones prácticas, debido a ello se sigue utilizando, a pesar de la dificultad de determinarla en el laboratorio. Sin embargo, muchos no se ajustan a la definición original, definen como CC al contenido de agua con la tensión más baja después de una precipitación. La CC se podría definir también como la tensión limite, entre las aguas que escurren rápidamente y aquella que se mueve lentamente esta velocidad umbral es de 1 .10-4 cm/s.
Punto de marchitez permanente El concepto de punto de marchitez permanente corresponde a la cantidad de agua retenida en un suelo, con la cual una planta se marchita irreversiblemente. Puede ser un rango o un límite, pero una vez alcanzado es un proceso irreversible. Este monto se expresa en porcentaje sobre la masa o el volumen, a igual que la CC, como una columna de agua para una profundidad de suelo dada (mm/m). La tensión del agua en el PMP es de 1,5 104 cm. columna de agua (CA) (1,5 MPa). Esto es por convención, y esta definida para el girasol basada en estudios primarios de ecología vegetal. Muchas plantas, obtienen agua del suelo a tensiones más altas que estas, se puede citar el caso de plantas xerofíticas. En términos de economía del agua, el PMP es el un límite entre el agua líquida retenida por el suelo, que solo puede ser eliminada vía evaporación, vale decir un cambio de fase que implica un gran gasto energético. En climas semi áridos esta condición de humedad puede alcanzar varios cm. de profundidad.
Agua disponible Existe la tendencia a utilizar por medio de la resta aritmética de la tensión de agua a CC menos PMP para definir el porcentaje de agua disponible para las plantas, esto conlleva a un error puesto que los límites están definidos pobremente y además no son validos para todas las plantas. Si por ejemplo hay suelos con una baja porosidad gruesa o de intercambio de gases, el agua disponible será aquella que permita un adecuado funcionamiento del sistema radical, y para esto debe dejar una cierta capacidad conductora de oxígeno. Por esto se recomienda utilizar una curva de retención de humedad o pF con una gran cantidad de puntos y además realizada sobre muestras de suelo no disturbadas tomadas con cilindros de acero, de preferencia inoxidable y con un volumen mínimo de 230 cm3. La determinación de las curvas de retención se encuentra descrita en varios textos metodológicos (H ARTGE Y HORN 1989). Este procedimiento implica colocar una muestra no disturbada de suelo saturada, a la cual se le aplica una presión externa conocida y se permite que el agua libre salga del sistema, la presión externa generará un estado de equilibrio interno en el sistema poroso de la muestra de suelo, toda el agua libre será eliminada y al determinar su cantidad se tendrá una estimación del agua retenida sobre la presión externa aplicada, con lo que se construye la curva pF. Por lo general se aplican presiones de aire de 6, 10, 33 y 150 kPa, a partir de sus resultados es posible definir la siguiente distribución de poros por tamaño (Cuadro 1):
Poros
Diámetro Equivalente (µm)
Tensión (hPa)
Rango
Drenaje rápido
> 50
6*101
Capacidad de campo
Drenaje lento
50-10
6*101 – 3*102
Capacidad de Campo
Agua útil
Agua inútil
10-0,2 < 0,2
Cuadro 1: Clasificación de poros por tamaño.
2
-1,5*10 3*10 4
4 1,5*10
Capacidad de Campo Punto marchitez Permanente
Interpretación de resul tados y su uso como criterio de riego Existe una definición clásica de constantes hídricas, a pesar de los errores mencionados anteriormente que se utiliza corrientemente, estas constantes límites se usan para definir la cantidad de agua disponible para las plantas de cultivo, como en muchos casos no se tiene otro tipo de información de mejor calidad, se utilizarán estos límites, como criterio general, se debe emplear cantidades de agua lo mas cercanas posible a la definida como capacidad de campo, ya que en los suelos manejados en esta zona, muestran claros rasgos de estar compactados, esto implica colapso de su sistema poroso y por lo tanto disminución de la sección conductora y de almacenaje de agua, que no es capaz de discriminar la determinación de capacidad de campo a partir de muestras disturbadas y preprocesadas. Por eso la tendencia observada es a sobreestimar las cantidades de agua que en el suelo están disponibles para la absorción por parte de las raíces. Ejemplo: Generalmente los resultados e informes de Constantes hídricas se expresan de la siguiente manera:
% Humedad Muestra
0.3
15 bares
Repetición 1
27.20
11.74
Repetición 2
28.01
12.03
Repetición 3
30.93
11.89
Promedio 28.71 11.89 Cuadro 2: Ejemplo de valores entregados por laboratorios como resultado de análisis de suelo. Estos resultados no entregan mucha información, por lo que para una mejor comprensión se sugiere usar el siguiente criterio: El valor 0.3 corresponde al valor de agua a Capacidad de campo, y el valor de 15 bares al punto de marchitez permanente. Estos están ya definidos al principio de este d ocumento. Todos los suelos tienen una densidad aparente, esta es posible de calcular y sirve para determinar la porosidad total que existe en un suelo. Por otro lado, la densidad real se aproxima a 2.65 gr. / cc Calculo de porosidad:
% porosidad total = 1 −
Donde: Dap= Densidad aparente Dreal = Densidad real Suelo densidad aparente = 1,3 gr. /cc Porosidad total = 50,9 %
*100 Dreal Dap
CC = 28.71 PMP = 11.89 Se puede construir una curva de retención de humedad usando estos dos puntos: Para esto se ordenan los datos de la siguiente forma:
Altura Valor de Columna de Logaritmo de Bares Agua (cm) altura de agua 0 0 0 330 2.51 2.51 15.000 4.17 4.17 10.000.000 7 7
% Humedad 50.9 28.7 11.9 0
Cuadro 3: Comparación de valores, y transformaciones necesarias para asociar valores de tensión a % de Humedad de suelo.
Los valores que se recomparan son las presiones ejercidas por una columna de agua. Como estos valores son demasiado distantes, se utiliza el valor del logaritmo de la altura de columna de agua, las equivalencias están contenidas en la siguiente tabla: La interpretación de la tabla es la siguiente: 1.- la tensión 0 equivale a la porosidad total calculada con los datos de densidad aparente y densidad real. 2.- el punto 2,51 (330 cm. de columna de agua) equivale al valor de tensión a capacidad de campo. 3.- el valor 4,17 (15.000 cm. de columna de agua) equivale al valor de tensión a punto de marchitez permanente. 4.- el valor 7 (10.000.000 cm. de columna de agua) corresponde a un nivel de tensión de agua en que el suelo esta totalmente seco. En términos prácticos, el suelo nunca tiene un contenido 0 de agua, esa tensión de agua equivale a una capa mono molecular de agua contenida entre las partículas de suelo, que es la que mantiene al sistema estable mecánicamente. Para ejemplificar esto, este es el contenido de agua que tienen los ladrillos, estas son agrupaciones de partículas de arcilla y residuos orgánicos, los que al secarse en forma intensa, generan una estructura muy estable en términos mecánicos. Con estos valores se hace el siguiente gráfico:
Curva de retención de humedad 60
o 50 c e s o 40 l e u s 30 e s a B20 ° H %10
CC
PMP
0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tensión de agua (log h agua)
Se debe recalcar que el criterio mas importante a la hora de definir el estado hídrico del suelo, no es su contenido total de agua, si no la fuerza con que esta esté retenida con la matriz de suelo, el agua se pega a las paredes del sistema poroso y mientras menos agua exista en el suelo, esta se pegará con mas fuerza y no será absorbida por las plantas, por otro lado, las raíces tienen un tamaño de raíces variable según la especie, por lo tanto las capacidades de exploración en suelos con sistemas porosos muy finos, como lo que ocurre en suelos pesados de texturas arcillosas, serán limitadas, finalmente se debe recalcar que el suelo se seca primero en su fracción mas gruesa, por lo tanto mientras el suelo se encuentre mas seco, el agua estará contenida en las fracciones mas finas del sistema poroso y será difícil de sacar por las raíces. El uso de calicatas para definir momento de riego, puede ser útil, sin embargo los cambios de color que experimentan las arcillas se manifiestan en un amplio rango de humedad, por lo que es recomendable el uso de sensores para un correcto uso de la humedad de suelo para definir el momento de aplicación de agua.
José Cuevas B. Ingen iero Agrónom o
