Estructura

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Estructura

  1. 1. Estructura del suelo
  2. 2. Estructura • Las partículas del suelo no se encuentran aisladas, sino que se organizan formando agregados estructurales o peds, los cuales por repetición forman el suelo. • Los agregados están formados por partículas individuales (minerales, materia orgánica).
  3. 3. Agregación Agregación
  4. 4. AGREGACIÓN – Se considera los agregados como los bloques fundamentales en la formación de la estructura del suelo – Las fuerzas de cohesión intra-agregado son mayores que las fuerzas inter-agregado
  5. 5. Niveles de organización Macroescala Mesoescala Microescala 5 mm
  6. 6. • El desarrollo del suelo implica la aparición de una estructura. Ésta se forma por la acción de fuerzas que mantienen las partículas juntas para componer unidades mayores. • Procesos que conducen a cambios en la cantidad, distribución y fase (sólida, líquida o gaseosa) del agua tiene una influencia fundamental en la formación de la estructura. Cambios de fases (hinchamiento-retracción, congelación-licuefacción) producen cambios de volumen que con el tiempo dan lugar a la estructura del suelo. • Procesos físico-químicos (congelación-licuefacción, ciclos de humectación-secado, translocación de arcilla, formación y movilización de materiales de meteorización) son también de vital importancia.
  7. 7. Morfología de la estructura • Desde el aspecto morfológico la estructura del suelo se define por una forma, un tamaño y un grado de manifestación de los agregados. • Desde el punto de vista macroscópico, se definen los siguientes tipos:
  8. 8. MIGAJOSA Agregados porosos de forma redondeada (no se ajustan a los agregados vecinos). Típica de los horizontes A.
  9. 9. GRANULAR Agregados sin apenas poros en su interior, de forma redondeada (no se ajustan a los agregados vecinos). Es similar a la migajosa pero con los agregados compactos. Típica de los horizontes A.
  10. 10. BLOQUES ANGULARES Agregados de forma poliédrica, con superficies planas, de aristas vivas y con vértices. Las caras del agregado se ajustan muy bien a las de los agregados vecinos. Típicamente en los horizontes arcillosos, como son los hor. B.
  11. 11. BLOQUES SUBANGULARES •Agregados de forma poliédrica, con superficies no muy planas, de aristas romas y sin formación de vértices. Las caras del agregado se ajustan moderadamente a las de los agregados vecinos. Típicamente en los horizontes arcillosos, como son los hor. B.
  12. 12. PRISMATICA Los bloques se desarrollan en una dirección (vertical) más que en las dos horizontales. Presente en los horizontes más arcillosos, a veces hor. B y en ocasiones hor. C.
  13. 13. COLUMNAR Prismas con su cara superior redondeada. Estructura muy rara.
  14. 14. LAMINAR Los agregados se desarrollan en dos direcciones (horizontales) más que en la tercera (vertical). Típica de los horizontes arenosos, como los hor. E.
  15. 15. •Sin estructura. Cuando no hay desarrollo de agregados. Horizontes de partículas sueltas (pulverulentos) o masivos (endurecidos).
  16. 16. • La estructura se presenta en el campo, en el perfil del suelo, pero su estudio se completa con el microscopio petrográfico (microestructura). Se analiza no sólo la forma de los agregados sino que además se estudia la composición (fragmentos gruesos, minerales y orgánicos, material fino y poros) y organización (distribuciones, orientaciones y organizaciones de los elementos que componen la estructura). A partir de la observación micromorfológica se pueden deducir los procesos que han tenido lugar durante la formación del suelo. • La micromorfología estudia los constituyentes del suelo y su organización (distribuciones, orientaciones y organizaciones)
  17. 17. AGREGACIÓN – Se considera los agregados como los bloques fundamentales en la formación de la estructura del suelo – Los suelos se fracturan a menudo en agregados – Las fuerzas de cohesión intra-agregado son mayores que las fuerzas inter-agregado
  18. 18. Formación de la estructura del suelo: factores abióticos • Arenas – La estructura está definida por el empaquetamiento de los granos – La reordenación se produce por compactación o turbación – En suelos mojados, la cohesión entre partículas aumenta debido a la tensión superficial del agua • Francos y Arcillas – La estructura se forma por interacciones entre partículas del suelo, entre las que destacan las interacciones de las arcillas con otras arcillas, materia orgánica, y óxidos.
  19. 19. Elementos que producen la agregación de componentes del suelo • Cationes • Interacciones entre partículas de arcilla • Materia orgánica • Óxidos • Carbonatos • Sílice
  20. 20. Jerarquía de agregación • Agregación sin jerarquía “desintegración catastrófica” Ej. Suelos sódicos o oxisoles
  21. 21. Jerarquía de agregación – Agregación jerárquica • Las fuerzas cohesivas aumentan cuanto menor es el tamaño del agregado • La desintegración ocurre en pasos sucesivos
  22. 22. Jerarquía de agregación Aluminosilicatos amorfos, óxidos y polímeros orgánicos adsorbidos sobre la superficie de arcillas, así como interacciones electrostáticas entre partículas de arcilla que producen su floculación [INORGÁNICO PERMANENTE] Residuos microbiales y fungales mezclados con componentes orgánicosMicrobial and fungal debris encrusted with inorganics [ORGÁNICO PERSISTENTE]
  23. 23. Jerarquía de agregación A diferentes escalas intevienen diferentes mecanismos de agregación Residuos de plantas y hongos mezclados con componenetes inorgánicos [ORGÁNICO PERSISTENTE] Raíces e hifas [ORGÁNICO DE DURACIÓN MEDIA] Macroagregados [CORTO ESPACIO DE TIEMPO] • Fuente: Tisdall & Oades 1982
  24. 24. Dispersión-floculación En los sistemas arcilla-agua donde predominan las fuerzas de repulsión, habrá partículas de arcilla individualizadas (dispersión). El predominio de fuerzas de atracción hace que las arcillas estén floculadas. Factores que favorecen la floculación: • -Cationes divalentes • -Elevada concentración de electrolitos
  25. 25. A Schematic structure of clay aggregate B SEM of clay tactoid Ca-Montmorillonite QUASI-CRYSTAL Interacciones “face-to-face” Producidas por la presencia 80 % surfaces in close contact de cationes polivalentes Ca-Illite DOMAIN 20 % surfaces in close contact Kaolinite ASSEMBLAGE Interacciones “edge-to-face” Interacciones electrostáticas entre caras negativas y bordes < 10 % surfaces in close contact positivos 1 to 2 µm
  26. 26. CONCEPTO DE AGREGADO DEL SUELO • Existen una serie de problemas asociados con el concepto de agregado: • En algunos suelos no hay una escala característica de agregación • La distribución del tamaño de agregado depende de la energía empleada para crear la muestra • El uso de clases de tamaño implica discretizar una propiedad continua • El concepto implica unidades independientes in la matriz del suelo, aunque los agregados están conectados unos con otros • El uso de medidas dimensionales (fractal, spectral, etc.) intenta resolver algunos de estos problemas. • Young et al. 2001
  27. 27. Formación de la estructura del suelo: factores bióticos • Efectos directos – Orientación de las partículas primarias – Adhesión por polisacáridos – Excrementos de fauna – Formación de bioporos • Efectos indirectos – Regulación de ciclos de humectación- secado por las raíces de las plantas
  28. 28. ORIENTACIÓN DE PARTÍCULAS PRIMARIAS La acción física del crecimiento y las cargas superficiales producen el alineamiento de las partículas de arcilla HIFAS RAÍCES • Fuente: Dorioz et al. 1993
  29. 29. Excrementos de fauna El material que pasa a través de la fauna es: • Triturado • Inoculado con la microflora interna • Parcialmente digerido • Comprimido • Transportado a otras zonas
  30. 30. Estabilidad de los agregados • Definición - La habilidad de los agregados de resistir su ruptura. • Importancia - Resistencia a la Erosión - Mantenimiento del espacio entre agregados (Macroporos), que determinan la permeabilidad, la aireación y el crecimiento radicular.
  31. 31. BISON WALLOWS • Bison roll on ground…. • ...leaving a wallow
  32. 32. BISON WALLOWS • …soil structure in wallow is degraded: the wallow fills with water • 100 years later….. • Source: Polley & Collins 1984
  33. 33. Mecanismos de degradación estructural durante la humectación • Estallido, o rotura de los agregados durante la humectación debido al hinchamiento diferencial, compresión del aire atrapado dentro del agregado, y la acción mecánica del movimiento de agua dentro del agregado. Cuanto más rápida sea la humectación, mayor serán las fuerzas que inducen el estallido. • El hinchamiento ocurre cuando el volumen de los tactoides de arcilla o los agregados aumenta durante la humectación, sin que el agregado se rompa. Se debe a la hidratación de arcilla o materia orgánica. • La dispersión de arcilla ocurre cuando la concentración de electrolitos en la solución es menor que el valor de floculación de la arcilla. • La rotura mecánica de los agregados en la superficie del suelo debido al impacto de las gotas de lluvia.
  34. 34. Factores que Afectan la Estabilidad de los Agregados ! Factores intrínsecos (propiedades del suelo) ! Contenido en M.O. ! Textura ! Mineralogía ! Carbonatos ! Óxidos ! Contenido en sales y sodio ! Factores extrínsecos (condiciones del medio) ! Contenido de humedad ! Velocidad de humectación ! Tipo de laboreo
  35. 35. Materia orgánica • Su mineralización es una razón fundamental por la que la remoción de suelos conduce a una degradación estructural • Sustratos como los carbohidratos son relativamente estables en los suelos, pero se descomponen rápidamente cuando se produce una remoción de suelo. • Aumenta la actividad microbiana por un aumento de la disponibilidad de materia orgánica como sustrato. Al mismo tiempo, aumenta la disponibilidad de O2 (aireación).
  36. 36. Soil Samples •Samples were collected from two adjacent plots Corn crop OM = 2.3 % Pasture OM = 3.5 %
  37. 37. Slaking and swelling of the different soils Slaking Swelling Deionized Deionized Tap Water Tap Water Water Water Aggregate size, mm 2-4 4-6 2-4 4-6 2-4 4-6 2-4 4-6 —————————— % ————————— Low O.M. 97a 93a 95a 95a - - - - High O.M. 3.3b 6.7b 3.3b 6.7b 75.5a* 53.1a 82.9a 73.1a * Different letters within a process indicate significant difference among the soils, P ≤ 0.05.
  38. 38. Profiles of the columns after prewetting Low OM soil High OM soil Aggregate size <2 mm 1 cm 1 cm 2-4 mm 1 cm 1 cm Aggregates Slaked Aggregates 4-6 mm 1 cm 1 cm
  39. 39. Properties of the soils Particle size distribution Soil Location CaCO3 OM CEC ESP sand silt clay ------------------ % ----------------- cmolc kg-1 % Sandy Netanya 90 2 8 0.6 0.6 4.3 1.7 Loam Nevatim 41 36 23 18 2.1 17.7 2.1 Sandy clay loam Ramat Hacovech 68 2 30 0.8 0.9 18.5 1.1 Sandy clay Hafetz Haim 44 15 41 10.7 3.4 34.2 2.3 Clay Yagur 19 31 50 15.4 2.2 39.5 1.8 Clay Eilon 25 13 62 4.9 3.8 65.0 0.9
  40. 40. Aggregate stability 1.6 y = 0.02x + 0.14 Mean weight diameter, mm Slow wetting Increasing clay content r2 = 0.87 increases mechanical 1.2 stability Fast wetting 0.8 0.4 0.0 Increasing clay content increases the effect of slaking in aggregate breakdown 0 10 20 30 40 50 60 Clay content, %
  41. 41. KAOLINITIC MONTMORILLONITIC NON PHYLLOSILICATE 64% CLAY 63 % CLAY 38.4 % CLAY Crust Washed Skin in zone Crust Bulk soil 0.1 mm Bulk soil 0.1 mm 0.05 mm Bulk soil
  42. 42. Factores extrínsecos • Contenido en humedad del suelo • Velocidad de humectación • Tipo de laboreo
  43. 43. Velocidad de humectación 1.6 y = 0.02x + 0.14 Mean weight diameter, mm Slow wetting Increasing clay content r2 = 0.87 increases mechanical 1.2 stability Fast wetting 0.8 0.4 0.0 Increasing clay content increases the effect of slaking in aggregate breakdown 0 10 20 30 40 50 60 Clay content, %
  44. 44. Efecto del laboreo
  45. 45. COMPACTACIÓN
  46. 46. Compactación " Proceso de compresión de un suelo no saturado " Cuando el suelo se compacta aumenta su densidad aparente (reducción de porosidad) "El espacio poroso perdido es Macroporosidad
  47. 47. Causas Procesos externos Acción antrópica: Laboreo, maquinaria Procesos internos Acción edafogenética: Iluviación de arcilla, procesos de hichamiento- retracción de arcillas
  48. 48. Determinación Se puede usar la densidad aparente como indicador del grado de compactación de un suelo. Sin embargo, no nos indica la distribución del tamaño de poro. • Otros métodos: • Curva característica de humedad • Resistencia a la penetración • Análisis micromorfológico
  49. 49. COMPACTACIÓN:
  50. 50. CONSISTENCIA Estado físico de un suelo a un contenido de humedad. Se debe a fuerzas de: • ADHESIÓN, atracción de la fase líquida sobre la superficie de la fase sólida. • COHESIÓN, atracción entre las moléculas de agua • COHERENCIA, atracción entre partículas sólidas. que operan en el suelo a distintos % de humedad (seco, húmedo, mojado).
  51. 51. SECO HUMEDO MOJADO DURO Y BLANDO PLASTICO FLUIDO RIGIDO FRIABLE Límite de Límite de Límite expansión plasticidad líquido CONTENIDO DE HUMEDAD
  52. 52. % del máximo de la fuerza ADHESIÓN 100 CO 75 COHESIÓN HE RE N 50 CI A FRIABLE LÍQUIDA 25 DURA PLÁSTICA PEGAJOSA Contenido de agua Suelo Suelo seco saturado
  53. 53. Plasticidad Esta asociada a la película de agua que rodea la superficies sólidas del suelo y disminuye la fricción. Teoría del film: orientación de coloides laminares está en forma que sus superficies planas están en contacto. > contacto > película de agua PLASTICIDAD PELICULA DE AGUA
  54. 54. LIMITES DE ATTERBERG • Límite superior de plasticidad (límite líquido, WL): Contenido de humedad al cual el suelo se comporta como un fluido al aplicarle una fuerza. Pasa de plástico a fluido. • Límite inferior de plasticidad (límite plástico, WP): Contenido de humedad al cual el suelo pasa de friable a plástico • Índice de Plasticidad: Diferencia entre WL-WP

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