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TEMA 1
PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO:
RELACIONES HIDRICAS EN SUELOS Y
PLANTAS
FIG 2. SECCIÓN DE UNA MUESTRA DE SUELO DONDE SE PUEDEN OBSERVAR LAS TRES FASES
Agua Aire
Material Mineral
Material
Orgánico
FIG 3. ESQUEMA DE LA COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA DE UN SUELO DE TEXTURA MEDIA
• ESCALA USDA ESCALA de la ISSS
• Arena muy gruesa2 - 1 mm Arena gruesa2 – 0.2 mm
• Arena gruesa1 – 0.5 mm
• Arena mediana...
El Triangulo Textural
¿Que porcentajes de las
diferentes partículas (en peso)
tendrá el suelo representado por
el punto ro...
Grano de
cuarzo
Polímero
orgánico
Arcillas
FIG 5: GRANOS DE CUARZO CEMENTADOS POR ARCILLAS Y MATERIA ORGÁNICA
LAMINAR
PRISMATICA
COLUMNAR
BLOQUES ANGULARES
BLOQUES SUBANGULARES
GRANULAR
DISTINTOS TIPOS DE ESTRUCTURA
• DETERIORO DE LA ESTRUCTURA:
– LABOREO INADECUADO
– POBREZA EN MATERIA ORGÁNICA
– RIEGO CON AGUAS DE MALA CALIDAD
• PROBL...
VT
VP
VS
VG
VA
Gas (ρg= 1.3 kg·m-3)
Agua (ρa= 1000 kg·m-3)
Solido (ρs= 2650 kg·m-3)
MG=VG·ρg= 0
MA=VA·ρa
MS=VS·ρs
Perfiles de humedad antes y despues de un riego
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Profundidad(cm)
...
Cálculo del agua almacenada en un perfil de suelo (S) a partir de los datos de
humedad volumétrica del mismo. ( n = numero...
SONDA DE NEUTRONES
TDR: MEDIDA DEL CONTENIDO VOLUMETRICO DE HUMEDAD DEL SUELO
V = C/ ε
ε = constante dieléctrica
∆ S
Es
ET P R
D F
BALANCE HÍDRICO:
Entradas – Salidas = R + P + F – ( ET + D + Es) = ∆S =S2-S1
θ ∆ Si = ∆Zi * ∆θi
θ final
θ inicial
∆S = ∆Si
Profundidad,Z
Σ
CALCULO DEL CAMBIO DE AGUA ALMACENADA EN UN PERFIL DE SUELO
POTENCIAL MATRICIAL
SUELO HÚMEDO (1)
´
SUELO SECO (2)
0 Kpa (suelo saturado) > Ψm1 > Ψm2 > - 2000 Kpa
0 cm (suelo saturado...
Aire
Adhesión Adhesión
Cohesion
Agua
Gravedad
h
h(m) = 2σ/ρgr = 0,000015/r(m)
hm
hp
agua pura solución
salina
Ψo =0 Ψo <0
Ψo
POTENCIAL OSMÓTICO ψ< 0
Ψo (Kpa) = - M R T donde : M(moles/m3); R=8,31 J/mol/K; T...
MEDIDA DE LA CE DE LA SOLUCION DEL SUELO
EXTRACTORES DE SOLUCION
SENSORES DE
SALINIDAD
ZT
ZB
A
Agua
H = -L +ZH H = -12,6 ZHg+ ZH
hm= -12,6ZHg+ZB+ZH
TENSIOMETROS
Ref
hm= -L +ZB+ZH
CURVAS DE RETENCIÓN DE HUMEDAD
Solido
1
2
Liquido
Gas
A) B)
EXPLICACIONES A LA HISTÉRESIS
Métodos de obtención de las curvas
carácterísticas de los suelos
Contenido de agua cm3
/cm3
Potencialmatricial(-m)
1000
10...
Ollas de Richard´s (0-15 atm)
Expresiones paramétricas de las curvas de
retención de humedad
0,1
1
10
100
1000
10000
100000
0 0,2 0,4 0,6
θ (cm3
/cm3
)
...
ANALISIS DE LAS CURVAS DE RETENCION DE HUMEDAD
Contenido de agua cm3
/cm3
Potencialmatricial(-m)
1000
100
10
1
0
θr
θsθccθ...
AU arcilloso = 0,6-0,2=0,4
AU arenoso = 0,35-0,1=0,25
AGUA ÚTIL (AVAILABLE WATER) PARA
DISTINTAS TEXTURAS DE SUELOS
hp1-hp2
Columna de suelo de
Conductividad Ks
Q (l/s)/A(m2
)= q(mm/s) = Ks·dH/dx
Potencial hídrico
hp1
Potencial hídrico
hp...
CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA SATURADA
Textura aproximada Ks (mm/h)
Suelo arenoso 25-250
Suelo franco-arenoso 13-76
Suelo franc...
hp hg
Potencial hídrico en el
extremo superior H1 = H1 + L
Potencial hídrico en el
extremo inferior Ho = = 0 + 0
Diferenci...
PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE
a·L· ln (H1/H2)
A· ( t2-t1)
Ks =
S
H
y
capa freática
capa impermeable
• r entre 8 y 10 cm
•S> 1/2 H
• y > 3/4 yo
• K= C· ∆ y /∆t
• y =(y + yo)/2
2 r
∆y
yo
...
INFILTRACION EN ANILLO SIMPLE Y EN DOBLE
ANILLO.
DATOS DE LA PRUEBA DE INFILTRACION
Factores que condicionan la
infiltracion: Humedad del suelo
Factores que condicionan la infiltracion:
Estado de la superficie del suelo
Factores que condicionan la
infiltracion: Textura del suelo
Partes de la planta Contenido en
agua
(% peso total)
Raíces
Tallos
Hojas
Frutos
Semillas
Cebada, región apcal
Zanahoria
Gi...
1. Importancia del agua para las plantas
• Constituyente de los tejidos (85% plantas herbaceas, 50% leñosas, 15%
semillas ...
2. El agua en la planta: índices de cantidad y potencial hídrico
Índices de cantidad:
 Contenido relativo: * 100
 Conten...
Componentes del Potencial hídrico:
 Potencial de presión: Ψp
• Es la presión ejercida sobre el agua (presión atmosférica ...
• Ejemplo de valores de potenciales en diferentes
partes de un tejido vegetal en equilibrio hídrico
Ψ(MPa) Ψp(MPa) Ψm(MPa)...
Ci
Célula turgente
Ψ = 0; Ψp = -Ψo
(diluida)Ce
Célula plasmolisisada
Ψ = Ψo; Ψp = 0
(Concentrada)Ce
Ci
PSICROMETRO DE TERMOPAR (Ψ)
CÁMARA DE PRESION (SCHOLANDER)
Ψm en xilema ~ Ψ
SONDA DE PRESION (Ψp en interior de celulas)
M...
1 MPa = 10000 mb
Jv = grad Ψ / r = Lp * grad Ψ
Movimiento de agua en la planta
- 0,5 bar
- 2 bar
- 5 bar
- 15 bar
- 50 bar ↓ Ψ
↑ Ψ
Movimiento de agua en la planta
Absorción de agua por la raíz
Movimiento radial de agua en la raíz:
a) Simplasto: a través...
Movimiento de agua en la planta
Transporte de agua a larga distancia
Xilema: tejido conductor de agua y nutrientes desde l...
Movimiento de agua en la planta
Transpiración
 Pérdida de agua en forma de vapor desde la planta hacia la atmósfera
( ≈ 9...
3. Movimiento de agua en la planta
3.3. Transpiración
T = ( Ch – Ca ) / r
Ch = concentración vapor de agua hoja
Ca = conce...
Estomas:
- Discontinuidades de epidermis.
- Variabilidad entre especies (nº y posición)
- Mayor nº en el envés.
células gu...
Evolución de la apertura estomática
Evolución diaria del potencial en hoja
Ψh = Ψs – T·rs-h
Evolución de los potenciales hídricos en hoja, raíz y suelo
Puesta en marcha de los mecanismos adaptativos a
medida que se intensifica el estrés hídrico
Comienzo del cerrado
del esto...
Evolución del potencial osmótico de una hoja con la desecación
progresiva del suelo, para casos con ajuste osmótico y sin ...
Termómetro de infrarrojos
INDICE DE ESTRES
WSI = BC/AC
Medida del consumo de agua por los cultivos
1,5 m
hormigon
12 m
4 m
CONSUMO DE AGUA DE DIFERENTES CULTIVOS
Modelo RITJEMA- ABOUKHALED
• ETR =ETc= Kc · ETo si θ > θc
• ETR= ETc · (θ−θpm)/((1-α)•(θcc-θpm)) si θ<θc
Capacidad de camp...
Ejemplo de transpiración para cultivo de algodón con
diferentes humedades en el suelo
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
Relaciones hidricas suelos y plantas
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  1. 1. TEMA 1 PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO: RELACIONES HIDRICAS EN SUELOS Y PLANTAS
  2. 2. FIG 2. SECCIÓN DE UNA MUESTRA DE SUELO DONDE SE PUEDEN OBSERVAR LAS TRES FASES
  3. 3. Agua Aire Material Mineral Material Orgánico FIG 3. ESQUEMA DE LA COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA DE UN SUELO DE TEXTURA MEDIA
  4. 4. • ESCALA USDA ESCALA de la ISSS • Arena muy gruesa2 - 1 mm Arena gruesa2 – 0.2 mm • Arena gruesa1 – 0.5 mm • Arena mediana0.5 –0.25 mm • Arena fina0.25 – 0.1 mm Arena fina0.2 – 0.02 mm • Arena muy fina0.1 – 0.05 mm • Limo0.05 – 0.002 mm Limo0.02 – 0.002 mm • Arcilla< 0.002 mm (< 2m) Arcilla< 0.002 mm (< 2m)
  5. 5. El Triangulo Textural ¿Que porcentajes de las diferentes partículas (en peso) tendrá el suelo representado por el punto rojo?
  6. 6. Grano de cuarzo Polímero orgánico Arcillas FIG 5: GRANOS DE CUARZO CEMENTADOS POR ARCILLAS Y MATERIA ORGÁNICA
  7. 7. LAMINAR PRISMATICA COLUMNAR BLOQUES ANGULARES BLOQUES SUBANGULARES GRANULAR DISTINTOS TIPOS DE ESTRUCTURA
  8. 8. • DETERIORO DE LA ESTRUCTURA: – LABOREO INADECUADO – POBREZA EN MATERIA ORGÁNICA – RIEGO CON AGUAS DE MALA CALIDAD • PROBLEMAS – COSTRA SUPERFICIAL – AIREACION – CIRCULACIÓN DEL AGUA – COMPACIDAD (laboreo) – EROSIONABILIDAD
  9. 9. VT VP VS VG VA Gas (ρg= 1.3 kg·m-3) Agua (ρa= 1000 kg·m-3) Solido (ρs= 2650 kg·m-3) MG=VG·ρg= 0 MA=VA·ρa MS=VS·ρs
  10. 10. Perfiles de humedad antes y despues de un riego 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Profundidad(cm) θ (cm3cm-3) 23/8/97 21/8/87
  11. 11. Cálculo del agua almacenada en un perfil de suelo (S) a partir de los datos de humedad volumétrica del mismo. ( n = numero de horizontes) D z dz zeq z v i n vi i= ⋅ ≈ ⋅z ∑= 0 0 θ θ( ) ( )∆ 0 0 Volumetric Water Content Soil Depth ∆z θv z 0 z S
  12. 12. SONDA DE NEUTRONES
  13. 13. TDR: MEDIDA DEL CONTENIDO VOLUMETRICO DE HUMEDAD DEL SUELO V = C/ ε ε = constante dieléctrica
  14. 14. ∆ S Es ET P R D F BALANCE HÍDRICO: Entradas – Salidas = R + P + F – ( ET + D + Es) = ∆S =S2-S1
  15. 15. θ ∆ Si = ∆Zi * ∆θi θ final θ inicial ∆S = ∆Si Profundidad,Z Σ CALCULO DEL CAMBIO DE AGUA ALMACENADA EN UN PERFIL DE SUELO
  16. 16. POTENCIAL MATRICIAL SUELO HÚMEDO (1) ´ SUELO SECO (2) 0 Kpa (suelo saturado) > Ψm1 > Ψm2 > - 2000 Kpa 0 cm (suelo saturado) > hm1 > hm2 > - 20000 cm
  17. 17. Aire Adhesión Adhesión Cohesion Agua Gravedad h h(m) = 2σ/ρgr = 0,000015/r(m)
  18. 18. hm
  19. 19. hp
  20. 20. agua pura solución salina Ψo =0 Ψo <0 Ψo POTENCIAL OSMÓTICO ψ< 0 Ψo (Kpa) = - M R T donde : M(moles/m3); R=8,31 J/mol/K; T(K) Ψo(bar) = -0,36 CE (dS/m) ho (m) = -3,6 CE (dS/m) = -0,36 θs /θ CEes(dS/m)
  21. 21. MEDIDA DE LA CE DE LA SOLUCION DEL SUELO EXTRACTORES DE SOLUCION SENSORES DE SALINIDAD
  22. 22. ZT ZB A Agua H = -L +ZH H = -12,6 ZHg+ ZH hm= -12,6ZHg+ZB+ZH TENSIOMETROS Ref hm= -L +ZB+ZH
  23. 23. CURVAS DE RETENCIÓN DE HUMEDAD
  24. 24. Solido 1 2 Liquido Gas A) B) EXPLICACIONES A LA HISTÉRESIS
  25. 25. Métodos de obtención de las curvas carácterísticas de los suelos Contenido de agua cm3 /cm3 Potencialmatricial(-m) 1000 100 10 1 0 θr θs Columna de agua Tensiómetro Celula Tempe Olla Richards Psicrómetro
  26. 26. Ollas de Richard´s (0-15 atm)
  27. 27. Expresiones paramétricas de las curvas de retención de humedad 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 0 0,2 0,4 0,6 θ (cm3 /cm3 ) h(-cm) B&C VG Brooks y Corey θ = θr + (θs - θr)·(hb/h)λ para h >hb θ = θs para h <hb hb θr θs Van Genutchen θ = θr + (θs - θr)/((1+a·h)n )m
  28. 28. ANALISIS DE LAS CURVAS DE RETENCION DE HUMEDAD Contenido de agua cm3 /cm3 Potencialmatricial(-m) 1000 100 10 1 0 θr θsθccθPM 3 150 CC PM SAT AGUA UTIL
  29. 29. AU arcilloso = 0,6-0,2=0,4 AU arenoso = 0,35-0,1=0,25
  30. 30. AGUA ÚTIL (AVAILABLE WATER) PARA DISTINTAS TEXTURAS DE SUELOS
  31. 31. hp1-hp2 Columna de suelo de Conductividad Ks Q (l/s)/A(m2 )= q(mm/s) = Ks·dH/dx Potencial hídrico hp1 Potencial hídrico hp2 LEY DE DARCY q= Ks(hp1-hp2)/L
  32. 32. CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA SATURADA Textura aproximada Ks (mm/h) Suelo arenoso 25-250 Suelo franco-arenoso 13-76 Suelo franco 8-20 Suelo franco-arcilloso 2.5-15 Suelo limo-arcilloso 0.3-5 Suelo arcilloso 0.1-1 •Depende de otros factores como la estructura y las características del fluido circulante Ks=k·ρ·g/µ
  33. 33. hp hg Potencial hídrico en el extremo superior H1 = H1 + L Potencial hídrico en el extremo inferior Ho = = 0 + 0 Diferencia de potencial ∆Η = H1-Ho = H1 + L Ecuación de Darcy: q = Ks (H1+L)/L q=Q/A PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE
  34. 34. PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE a·L· ln (H1/H2) A· ( t2-t1) Ks =
  35. 35. S H y capa freática capa impermeable • r entre 8 y 10 cm •S> 1/2 H • y > 3/4 yo • K= C· ∆ y /∆t • y =(y + yo)/2 2 r ∆y yo Medida de Ks: METODO DE AUGER HOLE
  36. 36. INFILTRACION EN ANILLO SIMPLE Y EN DOBLE ANILLO.
  37. 37. DATOS DE LA PRUEBA DE INFILTRACION
  38. 38. Factores que condicionan la infiltracion: Humedad del suelo
  39. 39. Factores que condicionan la infiltracion: Estado de la superficie del suelo
  40. 40. Factores que condicionan la infiltracion: Textura del suelo
  41. 41. Partes de la planta Contenido en agua (% peso total) Raíces Tallos Hojas Frutos Semillas Cebada, región apcal Zanahoria Girasol (zona media) Esparráguera Girasol (7 semanas) Pino Lechuga, hojas interiores Girasol (7 semanas) Maíz, hojas adultas Tomate Fresa Manzana Maíz dulce, tierno Maíz seco Cebada (descortezada) Cacahuete (crudo) 93,0 88,2 71,0 88,3 87,5 55,0 94,8 81,0 77,0 94,1 89,1 84,0 84,8 11,0 10,2 5,1 1. Importancia del agua para las plantas • Componente químico más importante en las plantas. • > 70% P Fresco tejidos vegetales • > 90% P Fresco Órganos crecimiento
  42. 42. 1. Importancia del agua para las plantas • Constituyente de los tejidos (85% plantas herbaceas, 50% leñosas, 15% semillas y cortezas) • Disolvente de gases, iones y solutos (establece un sistema continuo) para la absorción y el transporte. • Actúa como metabolito (fotosíntesis, respiración, etc.) • Mantenimiento turgencia (presión) celular responsable del alargamiento y crecimiento celular. • Regulador de la temperatura Funciones del agua:
  43. 43. 2. El agua en la planta: índices de cantidad y potencial hídrico Índices de cantidad:  Contenido relativo: * 100  Contenido hídrico: * 100 Pesofresco oPesoPesofresco sec− oPeso oPesoPesofresco sec sec− Ej. 100 g peso fresco • 93 g agua • 7 g materia seca  C.R. = 93*100/100 = 93%  C.H. = 93*100/7 = 1328% Potencial hídrico: Hace referencia al estado energético del agua Ψ = Ψm + Ψo + Ψp + Ψg agua ↑ Ψ ↓ Ψ
  44. 44. Componentes del Potencial hídrico:  Potencial de presión: Ψp • Es la presión ejercida sobre el agua (presión atmosférica =0). • > 0 en citoplasma y vacuolas. Se origina por la reacción elástica de las paredes celulares a la deformación provocada por la entrada de agua en la célula (mayor cuanto mayor sea la deformación). • < 0 en el xilema en condiciones de transpiración (succión).  Potencial matricial: Ψm< 0 • Debido a la interacción de las moléculas de agua en las interfases sólido-líquido, por ejemplo en paredes celulares • Valores negativos.  Potencial matricial: Ψg • Debido a la fuerza de la gravedad. Valores pequeños, depende del plano de referencia.  Potencial osmótico: Ψo< 0 • Debido a la presencia de sales y solutos disueltos en el agua. • < 0 en citoplasma celular . ↑[ solutos ] ↓Ψo
  45. 45. • Ejemplo de valores de potenciales en diferentes partes de un tejido vegetal en equilibrio hídrico Ψ(MPa) Ψp(MPa) Ψm(MPa) Ψo(MPa) Vacuola -1.2 0.5 0.0 -1.7 Pared celular -1.2 0.0 -1.1 -0.1 * Cuando se altere el equilibrio hidrico de la celula, debido a que en algún punto de la misma se origina algún cambio en su potencial hídrico, se produciran entradas o salidas de agua (siempre en sentido de potenciales decrecientes. Esto afectará al contenido relativo de agua, asi como a la turgencia, al volumen celular y a la concentración de solutos (ver diapositiva siguiente)
  46. 46. Ci Célula turgente Ψ = 0; Ψp = -Ψo (diluida)Ce Célula plasmolisisada Ψ = Ψo; Ψp = 0 (Concentrada)Ce Ci
  47. 47. PSICROMETRO DE TERMOPAR (Ψ) CÁMARA DE PRESION (SCHOLANDER) Ψm en xilema ~ Ψ SONDA DE PRESION (Ψp en interior de celulas) MEDIDAS DE POTENCIAL EN PLANTA
  48. 48. 1 MPa = 10000 mb
  49. 49. Jv = grad Ψ / r = Lp * grad Ψ Movimiento de agua en la planta - 0,5 bar - 2 bar - 5 bar - 15 bar - 50 bar ↓ Ψ ↑ Ψ
  50. 50. Movimiento de agua en la planta Absorción de agua por la raíz Movimiento radial de agua en la raíz: a) Simplasto: a través del citoplasma celular b) Apoplasto: a través de espacios intercelulares c) Depende del gradiente y resistencia Epidermis Córtex Endodermis Xilema Banda de Caspari VIA SIMPLÁSTICA VIA APOPLÁSTICA Pelo radical
  51. 51. Movimiento de agua en la planta Transporte de agua a larga distancia Xilema: tejido conductor de agua y nutrientes desde la raíz al resto de la planta. Células conductoras: vasos y traqueidas • Células alargadas. • Carentes de citoplasma. • Paredes secundarias lignificadas: • Presencia de perforaciones: unión de células y evitar formación de burbujas de aire (cavitación).
  52. 52. Movimiento de agua en la planta Transpiración  Pérdida de agua en forma de vapor desde la planta hacia la atmósfera ( ≈ 95% agua absorbida). Incluye 2 etapas: a) Evaporación del agua. b) Difusión vapor de agua. - Transp. Estomática (estomas) - Transp. Cuticular (cutícula)
  53. 53. 3. Movimiento de agua en la planta 3.3. Transpiración T = ( Ch – Ca ) / r Ch = concentración vapor de agua hoja Ca = concentración vapor de agua aire r = resistencia difusión vapor de agua “r” depende fundamentalmente del grado de apertura del estoma ehoja eaire
  54. 54. Estomas: - Discontinuidades de epidermis. - Variabilidad entre especies (nº y posición) - Mayor nº en el envés. células guarda turgentes poro células guarda fláccidas ESTOMA ABIERTO ESTOMA CERRADO
  55. 55. Evolución de la apertura estomática
  56. 56. Evolución diaria del potencial en hoja Ψh = Ψs – T·rs-h
  57. 57. Evolución de los potenciales hídricos en hoja, raíz y suelo
  58. 58. Puesta en marcha de los mecanismos adaptativos a medida que se intensifica el estrés hídrico Comienzo del cerrado del estoma
  59. 59. Evolución del potencial osmótico de una hoja con la desecación progresiva del suelo, para casos con ajuste osmótico y sin ajuste osmótico
  60. 60. Termómetro de infrarrojos INDICE DE ESTRES WSI = BC/AC
  61. 61. Medida del consumo de agua por los cultivos 1,5 m hormigon 12 m 4 m
  62. 62. CONSUMO DE AGUA DE DIFERENTES CULTIVOS
  63. 63. Modelo RITJEMA- ABOUKHALED • ETR =ETc= Kc · ETo si θ > θc • ETR= ETc · (θ−θpm)/((1-α)•(θcc-θpm)) si θ<θc Capacidad de campo (θcc) Humedad crítica (θc) Punto de marchitez (θpm) Zona de óptimo Comportamiento del cultivo Efectos adversos en producción y crecimiento Muerte de la planta Z·(θcc-θc) = = Z·α (θcc-θpm) (*)
  64. 64. Ejemplo de transpiración para cultivo de algodón con diferentes humedades en el suelo
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