6a propiedades fisicas

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6a propiedades fisicas

  1. 1. Propiedades FÍSICAS del suelo M.Sc. Gilberto Cabalceta Aguilar Centro de Investigaciones Agronómicas Universidad de Costa Rica
  2. 2. Textura <ul><li>Se refiere a la proporción relativa de arena, limo y arcilla; esta categorización se refiere a las partículas menores de 2 mm </li></ul><ul><li>Las partículas mayores a 2 mm corresponden a gravas y piedras que no son tomadas como textura </li></ul><ul><li>Propiedad muy importante, relacionada directamente con la mayoría de propiedades físicas del suelo: presenta gran influencia por medio del componente arcilla, sobre las propiedades químicas e indirectamente sobre las biológicas del suelo </li></ul>
  3. 3. Representación visual de los tamaños y formas comparativas de arena, limo y arcilla. Hillel, 1980 Arena Arcilla Limo 100µ
  4. 4. <ul><li>Al  el tamaño de partícula,  inversamente el área superficial expuesta = término “superficie específica” para referirse al área por unidad de masa de suelo (m 2 /g). </li></ul><ul><li>Esta característica es la que determina principalmente que la textura influya mucho sobre las propiedades físicas y químicas, especialmente en la proporción y magnitud de las reacciones de los suelos, ya que define el espacio sobre el cual ocurrirán las reacciones. </li></ul>Utilidad: Permite una deducción aproximada de las propiedades generales del suelo, y así ajustar las prácticas de manejo, labranza, riego y fertilización requeridos. Además puede utilizarse para evaluar y valorar tierras de acuerdo a su capacidad de uso, clasificar suelos, etc. Influye directamente en: Espacio aéreo, porosidad total, consistencia, movimiento y almacenaje de agua, etc.
  5. 5. <ul><li>Arcillas: tamaño < 2µ, son las partículas más pequeñas. </li></ul><ul><li>Punto de vista físico: dan al suelo las características de plasticidad y pegajosidad y tienen una influencia directa sobre el movimiento y almacenaje del agua </li></ul><ul><li>Punto de vista químico: están relacionadas con la fertilidad de los suelos </li></ul><ul><li>E l termino arcilloso, es genérico ya que existen muchos tipos de arcillas (arcillas 1:1, 2:1, etc) y que varian en sus propiedades fisicas y químicas notablemente </li></ul><ul><li>Arenas </li></ul><ul><li>Limos </li></ul>Componentes
  6. 6. <ul><li>De la combinación de estos tres componentes se originan los nombres texturales: </li></ul><ul><li>Franco limoso, Arcillo arenoso, Arenoso etc. </li></ul><ul><li>“ El suelo Franco contiene una mezcla de arena, limo y arcilla en tales proporciones que exhibe las propiedades de las tres fracciones de modo equilibrado” </li></ul><ul><li>Contiene menos arcilla que arena y limo ya que las propiedades de la primera se expresan con mayor fuerza. </li></ul><ul><li>La arena, el limo y la arcilla, son clasificadas de acuerdo a su tamaño. </li></ul>Componentes
  7. 7. Clasificación de las partículas del suelo, según sistemas del USDA y la Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo
  8. 8. Algunas características de los separados del suelo
  9. 9. <ul><li>Un suelo arcilloso tendrá > cantidad total de poros que un suelo arenoso, aunque el tipo de poros en este último favorezca más el movimiento del agua en el suelo que en el suelo arcilloso. </li></ul><ul><li>Algunos cultivos crecen dificultosamente en suelos muy pesados o arcillosos, en tanto que otros no pueden hacerlo en suelos arenosos. </li></ul><ul><li>Los microorganismos del suelo se ven afectados en forma indirecta, ya que una textura pesada provee condiciones de reducción constantes lo cual afecta el crecimiento normal de algunos microorganismos del suelo. </li></ul>Retención del agua, capacidad de intercambio de nutrimentos y cantidad total de poros:
  10. 10. Textura Suelos arenosos Textura gruesa Livianos Suelos arcillosos Textura fina Pesados                
  11. 11. Triángulo textural modificado para determinar la textura del suelo por método del tacto Aa AL FAa a Fa F FL FAL No forman cintas. Terrones suaves en seco. Arena de grano simple Forman cintas buenas y son pegajosas en húmedo, terrones muy duros en seco F FA Arcillas A Forman cintas medias en húmedo, terrones duros en seco FA
  12. 12. Triángulo de textura
  13. 13. Estructura Es el producto de la combinación de arenas, limos y arcillas y otros más grandes (Naturaleza mineral u orgánica), que por acción directa de materiales cementantes, se agregan y forman los peds (agregados individuales). Modifica la influencia de la textura <ul><li>Relaciones de humedad y aire </li></ul><ul><li>Disponibilidad de nutrimentos </li></ul><ul><li>Acción de microorganismos </li></ul><ul><li>Desarrollo de la raíz </li></ul>
  14. 14. Formación de agregados del suelo <ul><li>Agrupación de las partículas (floculación) </li></ul><ul><li>Unión de partículas  firmes (cementación) </li></ul>Materiales cementantes 1. Minerales arcillosos 2. Óxidos de Fe y Al 3. M.O. Factores que influyen en los agregados 1. Humedecimiento y secado 2. Heladas y deshielo 3. Actividad de raíces y animales del suelo 4. Degradación de MO, excreciones de microorganismos 5. Aire/agua 6. Cationes adsorbidos 7. Laboreo del suelo
  15. 15. Descriptores de la estructura Tipo: se refiere a la forma de los peds Laminar: Horizonte B Prismático: Horizonte B Prismático: Sin extremos redondeados Columnar: Con extremos redondeados Bloques: Horizonte B Angulares: Vértices angulares Subangulares: Vértices redondeados Esferoidal: Horizonte A Granular: ped no poroso Migajón: ped poroso Sin estructura Grano simple: las partículas se distinguen Masiva: las partículas se adhieren, sin planos de debilidad
  16. 16. Propiedades físicas del suelo Densidad aparente y de partículas
  17. 17. Densidad aparente Relación de la masa de suelo seco por Un. de volumen del suelo (seco 110°C). Incluye el volumen de partículas sólidas y espacio poroso. Volumen del cilindro =  r 2 h  ap = masa suelo seco g/cm 3 ó Mg/m 3 vol. suelo (+poros) USOS 1. Transformar humedad gravimétrica en volumétrica 2. Calcular lámina de riego 3. Estimar la masa de la capa arable 4. Calcular porosidad del suelo 5. Índice de compactación (capas endurecidas) 6. Estimar capacidad de aireación y drenaje
  18. 18. 1 hectárea posee un volumen de: 100m 100m 0,20m 10 000m 2 x 0,20m = 2 000m 3 = 2 000 000dm 3 o L a 0,15m: 10 000m 2 x 0,15m = 1 500m 3 = 1 500 000dm 3 o L Su masa varía según su densidad aparente (  ap ) Masa = volumen x  ap  ap = 1,5g/mL = 1,5kg/L 0,20 m prof.  2 000 000 L x 1,5 kg L -1 = 3 000 000 kg/ha 0,15m prof.  1 500 000 L x 1,5 kg L -1 = 2 250 000 kg/ha  ap = 1,33g/mL = promedio 0,20 m prof.  2 000 000 L x 1,33 kg L -1 = 2 660 000 kg/ha 0,15 m prof.  1 500 000 L x 1,33 kg L -1 = 1 995 000 kg/ha
  19. 19. Valores comunes de densidad aparente Suelos orgánicos: 0,1 - 0,6 g/cm 3 Suelos superficiales, texturas finas: 1,0 - 1,3 g/cm 3 Suelos superficiales, texturas gruesas: 1,0 - 1,8 g/cm 3 Suelos compactados: hasta 2,0 g/cm 3 Suelos franco arcillosos: 1,0 - 1,4 g/cm 3 Suelos franco limosos: 1,1 - 1,4 g/cm 3 Suelos franco arenosos: 1,2 - 1,8 g/cm 3 Suelos volcánicos: 0,3 - 0,85 g/cm 3 En suelos superficiales: 1. + fino  + porosidad  -  ap 2. + grueso  - porosidad  +  ap 3. + M.O.  -  ap 4. + prof.  +  ap (+ compactación, - M.O.) La  ap es afectada por: Contenido de M.O. Material parental Compactación
  20. 20. Densidad de Partículas o Real Es la masa por unidad volumen de sólidos. A diferencia de la  ap no incluye el espacio poroso  sólidos (  p ) = masa sólidos (Ms) = g/cm 3 ó Mg/m 3 vol. sólidos (Vs) USOS 1. Calcular el % de porosidad 2. Velocidad de sedimentación de partículas 3. Concentración de sólidos suspendidos
  21. 21. Espacio Poroso Porción de suelo que no está ocupada por partículas, está ocupada por aire o agua TIPOS DE PORO 1. Macroporos: Transporte de agua y aire 2. Mesoporos: Conducción de agua y aire 3. Microporos: Retención de humedad Porosidad de aireación (no capilar o macroporosidad) Porosidad capilar (microporosidad) VALORES 1. Suelos arenosos superficiales: 35-50% E p total - poca retención de agua - buena aireación 2. Suelos de textura fina: 40-60% E p total - buena retención de agua - mala aireación 3. Suelos compactados: 25-30% E p total
  22. 22. Densidad aparente de diferentes suelos de Hawaii y el desarrollo de raíces de caña de azúcar Relaciones entre la densidad aparente, % sólidos y %volumen poros en suelos con densidad de partículas = 2,65g/cm 3
  23. 23. Porosidad capilar y de aireación en un perfil poco diferenciado de Minden frente a otro, de Edina, muy diferenciado. (Ulrich, 1949) Porosidad capilar Porosidad capilar Sólidos del suelo Sólidos del suelo P.A. P.A.
  24. 24. Designación de los horizontes, estructura, contenido de arcilla, densidad aparente y porcentaje de poros de los horizontes de un migajón Miami (Alfisol). (University of Illinois Agriculture Experimental Station Bulletin 665, 1960 % Arcilla  ap g/cm 3 % Poros Volumen de macroporos
  25. 25. Propiedades físicas de los suelos Color y Temperatura
  26. 26. Color El color del suelo se relaciona con: 1. Contenido de M.O. 2. Condición de drenaje y aireación 3. Clima 4. Génesis
  27. 27. Medición del color Tablas de MUNSELL MATIZ (Hue): longitud de onda predominante B lue G reen Y ellow R ed P urple Números y letras. Cada página es un matiz 2.5 5 7.5 10 10YR-7.5YR (más común) VALOR (Value): brillantez o luz reflejada 0= Negro absoluto 10= Blanco absoluto CROMA (Chroma): pureza relativa de la longitud de onda dominante 0 (gris neutro) - 20(Negro, nunca presente en suelos) 10YR 6/4 10YR: Matiz 6: Valor 4: Croma
  28. 28. Tabla Munsell: Matiz 2.5YR
  29. 29. Tabla Munsell: Matiz 5YR
  30. 30. Tabla Munsell: Matiz 7.5YR
  31. 31. Tabla Munsell: Matiz 10YR
  32. 32. Resumen
  33. 33. Temperatura Capacidad térmica o calórica: cantidad de calor requerida para cambiar la temperatura de una masa dada de una sustancia a otra cantidad Calor específico: Cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1g de masa en 1°C Suelo mineral: 0,18 - 0,20 cal g -1 °C -1 Suelo orgánico: 0,45 cal g -1 °C -1 <ul><li>Variación de la temperatura del suelo </li></ul><ul><li>Factores que determinan: </li></ul><ul><li>Ángulo de incidencia de los rayos solares </li></ul><ul><li>Profundidad-época (hora) </li></ul><ul><li>Contenido de agua </li></ul><ul><li>Color del suelo </li></ul><ul><li>Cobertura </li></ul>
  34. 34. Manejo de la Temperatura del suelo <ul><li>Escogencia del sitio respecto al sol </li></ul><ul><li>Construcción y orientación del alomillado </li></ul><ul><li>Riego: < T por incremento de evaporación Agua con T diferente al suelo </li></ul><ul><li>Drenaje: extraer agua permite calentar más rápido </li></ul><ul><li>Coberturas:  radiación incidente  < T Evitan evaporación  > agua  < T Evitan salida radiación  > T Amortiguan T Claras: Reflejan radiación  < T Oscuras: absorben radiación  > T Cumplen otras funciones: control de malezas, protección de daños, etc. Coberturas vivas: hoja decidua y perenne </li></ul>
  35. 35. Balance térmico diurno Radiación solar extraterrestre 100% Reflexión 28% Nube Absorción 16% (37%) Difusión ( 11%) Radiación del cielo ( 26%) Rayos directos ( 19% ) Radiación global ( 45%) Radiación neta (67%) (100%) Flujo de calor en el suelo Radiación saliente efectiva (17%) Reflexión (16%) Evaporación y transpiración (55%) Calor sensible (12%) Radiación solar extraterrestre Geiger, 1965 Radiación global Chang, 1961
  36. 36. Propiedades físicas de los suelos Consistencia
  37. 37. Consistencia Se refiere a las manifestaciones de las fuerzas físicas de cohesión y adhesión dentro del suelo, a diferentes contenidos de humedad. Las manifestaciones son: 1. El comportamiento ante la gravedad, la presión, el empuje y la tracción 2. Tendencia a adherirse a cuerpos extraños 3. La sensación al tacto Las 2 fuerzas causantes de la consistencia son: a. La atracción molecular: COHESIÓN b. La tensión superficial: ADHESIÓN
  38. 38. Cohesión es la unión entre partículas por fuerzas de atracción debido a mecanismos físicoquímicos. Consistencia Adhesión es la atracción de la fase líquida sobre la superficie de la fase sólida
  39. 39. Términos Fluidez : suelo como líquido Pegajosidad : glutinosidad, adherencia Plasticidad : Resist. a la deformación y esfuerzo cortante Friabilidad : Facilidad de labranza Firmeza : Resistencia a la compresión, coherencia Dureza : Resistencia a la ruptura Pegajosidad y plasticidad : (adhesión/deformación) Friabilidad , firmeza : Cohesión Dureza : Ruptura Factores que afectan la consistencia a. Humedad b. Contenido de arcilla c. Tipo de arcilla d. Estructura e. Contenido de M.O. f. Naturaleza o tipo de catión intercambiable dominante
  40. 40. Efectos de humedad sobre adhesión y cohesión del suelo (Kohnke, 1968) Seco Medio húmedo Húmedo Muy húmedo Saturado Cohesión Adhesión
  41. 41. Propiedades Físicas del Suelo Agua del suelo
  42. 42. Ciclo hidrológico Agua almacenada(+) Escurrimiento subterráneo(-) Escurrimiento subterráneo(+) Intercepción Evapotranspiración(-) Agua freática Escurrimiento superficial(+) Escurrimiento superficial(-) Precipitación(+) Condensación(+) Infiltración(+) Efecto capilar(+) (-) Percolación(-)
  43. 43. Ciclo hidrológico Ecuación básica del balance hídrico P ± R - U - E +  w =0, donde P: precipitación R: escurrimiento superficial y subterráneo U: Drenaje, percolación E: evapotranspiración (planta + suelo) w: agua almacenada (mm), diferencia entre inicio y el final del periodo en la profundidad principal de raíces. Balance de agua en el suelo (agua almacenada en el suelo):
  44. 44. Formas de agua en el suelo 1. Agua de combinación química: forma parte de compuestos químicos, ej: limonita, Fe 2 O 3 x 2H 2 O. Esta agua no es disponible para las plantas, y es biológicamente inactiva. 2.Agua higroscópica: esta es el agua contenida en los suelos secos al aire, aquella que está en equilibrio con la humedad ambiente. Inactiva biológicamente. 3.Agua capilar: agua contenida en los microporos del suelo. Disponible para las plantas. Biológicamente activa. 4.Agua gravitacional (no capilar): agua contenida en los macroporos del suelo y que drena por la fuerza de gravedad (agua de drenaje). Si su movimiento es lento, puede ser utilizada por las plantas.
  45. 45. Retención del agua del suelo/Constantes de humedad Capacidad de campo (CC): agua retenida en contra de la fuerza de gravedad cuando drena libremente; (en suelo bien drenado, agua presente luego de 2d. de aplicado el riego) CC: 0,33bares(0,033MPa) y 0,2-0,1bares en suelos arenosos Punto de marchitez permanente (PMP): contenido de humedad del suelo al que la planta se marchita en forma irreversible PMP: 15bares (1,5MPa) Coeficiente higroscópico (CH): agua del suelo seco al aire. en equilibrio con 98% de humedad relativa a temperatura ambiente CH: 31bares (3,1MPa) Agua útil: comprendida entre CC y PMP
  46. 46. Retención del agua del suelo 0,033 1,5 MPa Arcilla Arena Agua disponible 30% 7%
  47. 47. Retención de agua en suelos de Costa Rica
  48. 48. Infiltración de agua en el suelo <ul><li>Entrada vertical del agua al perfil del suelo. Funciona para: </li></ul><ul><li>Escogencia y diseño del sistema de riego </li></ul><ul><li>Longitud del recorrido del agua en relación a la pendiente </li></ul><ul><li>Lluvia efectiva </li></ul><ul><li>El flujo disponible en un sistema por gravedad </li></ul><ul><li>Tasa máxima de aplicación de agua, sin escurrimiento </li></ul><ul><li>Escorrentía </li></ul><ul><li>Tiempo de estancamiento de agua sobre la superficie </li></ul><ul><li>En general influye sobre agua efectiva y erosión </li></ul><ul><li>Tiene unidades de velocidad cm/s o cm/h (más usadas) </li></ul>
  49. 49. Conductividad hidráulica del suelo <ul><li>Habilidad del suelo saturado de permitir el paso de agua </li></ul><ul><li>Es necesario para fórmulas de drenaje </li></ul><ul><li>Influye sobre la infiltrabilidad y determina en parte el agua almacenada y erosión </li></ul><ul><li>La conductividad hidráulica es el factor de proporcionalidad de la Ley de Darcy. (unidades de veloc.) </li></ul><ul><li>Ley de Darcy: la velocidad del flujo de agua a través de una columna de suelo saturado, es directamente proporcional a la diferencia en carga hidráulica e inversamente proporcional a la longitud de la columna </li></ul>Q = Kath/l  K = Ql/Ath K = (cm/s) Q = (flujo cm 3 ) A = (área cm 2 =  r 2 ) t = tiempo (s) h = altura del agua (cm) l = altura del suelo (cm)

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