Agua en el suelo

Ctedra Catedrtico Integrantes Semestre

: Riegos : ING. Vctor, Paredes Atoche.: Manuel, Quispe Palante. : VI

INTRODUCCIN

El agua es un recurso natural que constituye un bien fundamental para la vida general, y por lo tanto es un bien invalorable para la humanidad. Una actividad indispensable que el hombre tiene que realizar para conseguir sus alimentos en la agricultura y solo se hace con agua de buena calidad cualquiera que sea origen o fuente. Frente ala necesidad de alimento a una poblacin en constante crecimiento, la agricultura actual requiere ser eficiente tcnica, social y econmica, por tal requiere de un buen manejo de recursos que es indudablemente agua, para lo cual se requiere a su vez conocer los principios cientficos de riegos y el dominio de las practicas correspondientes para pactar, conducir, regular el uso del agua. Para ello conoceremos lo que es agua en al suelo, que abarca todos los conceptos bsicos como (almacenamiento de agua en el suelo y mecanismo de retencin de agua en el suelo); como tambin lo que es movimiento del agua en el suelo (almacenamiento de agua en el suelo y la infiltracin). Pues al conocer estos conceptos bsicos podremos obtener resultados favorables y beneficios sociales.

OBJETIVOS

Al termino del capitulo de agua en el suelo, tener un espacio mas amplio y aplicarlo en el lugar adecuado y correctamente. Aplicar la teora en la prctica.

EL AGUA EN EL SUELO Mediante el riego se persigue restituir al suelo la cantidad de agua consumida y darle a si al cultivo, apropiadas condiciones de humedad a fin de maximizar la produccin. 1. ALMACENAMIENTO DE AGUA EN EL SUELO El almacenamiento de agua en el suelo y su racional distribucin en la zona de races, es de suma importancia para el manejo de los cultivos. 1.1 Expresiones De Contenido De Agua El contenido de humedad de una muestra de suelo se puede expresar de diferentes maneras: a. Contenido De Humedad En Masa masa=masa de aguamasa de suelo seco

El contenido de humedad expresado en masa por ciento esta definida por: masa %= masa*100

b. Contenido De Humedad En Volumen vol=volumen de aguavolumen total del suelo

La expresin porcentual de vol esta dada por: vol %= vol*100

El contenido de humedad expresado en volumen (%) a partir de masa (%) se puede determinar mediante la siguiente relacin: vol %= masa*%*Da

Donde: Da = Densidad aparente. masa (%) = Contenido de humedad expresado en masa (%) volumen (%) = Contenido de humedad expresado en volumen (%)c. Contenido de humedad expresado en lamina de agua (La) La= masa %*Da*Prof100

Donde: La = Lamina de agua expresada en las mismas unidades de la profundidad del suelo (cm). Prof. = Profundidad del suelo de donde se requiere evaluar el contenido de humedad (cm).

masa (%) = Contenido de humedad expresado en masa (%). Da = Densidad aparente del suelo (gr/cm3). El contenido de agua en el suelo no es un indicador suficiente para expresar su respectivo estado de disponibilidad para las plantas. Por ejemplo: Si consideramos un suelo arenoso con un contenido de humedad de 12 volumen %, con otro suelo arcilloso de 23 % de humedad; el suelo arcilloso tiene mayor cantidad de agua retenida pero su disponibilidad para las plantas es menor que el suelo arenoso, esto se puede comprobar al tacto; el suelo arcilloso estar mas seco que el arenoso; por ello, el contenido de humedad para ser usada en el riego se debe definir en trminos energticos. 1.1 Disponibilidad de agua en el suelo La cantidad de agua disponible en el suelo a ser utilizada por las plantas, esta comprendida entre el rango de humedad a capacidad de campo (cc, 0.33 bares) y el punto de marchites permanente (PMP, 15 bares). Si se mantuviera la humedad del suelo a un nivel mayor que la cc, existe el peligro de que la falta de aire sea un factor limitante para el normal desarrollo de las plantas. Mientras que a niveles de humedad cercanos al PMP, producir daos irreversibles para las plantas. Capacidad de campo (CC) La capacidad de campo se define como la mxima capacidad de retencin de agua de un suelo sin problemas de drenaje. Que se alcanza segn la textura del suelo entre 24 y 72 horas despus de un riego pesado. Tambin se puede definir la CC como el contenido de humedad cuando d/dt = 0 (variacin del contenido de humedad con respecto al tiempo tiende a cero) y para condiciones de evapotranspiracin nula. Punto de marchites permanente (PMP) Es el punto en el cual la vegetacin manifiesta sntomas de marchitamiento, cada de hojas, escaso desarrollo o fructificacin debido a un flujo retardado de agua del suelo hacia la planta y que en promedio corresponda a un estado energtico de 15 bares. Para que se produzca un flujo de agua es necesario es necesario de un gradiente de potencial; la correspondiente magnitud del flujo esta determinada tanto por la propia gradiente, as como por la conductividad hidrulica del suelo. Durante el proceso de traspiracin, la gradiente se establece a travs de cuatro medios distintos: suelo, raz, hoja y atmosfera.

Humedad aprovechable total (HAT) Es la diferencia que existe entre el contenido de humedad del suelo a CC y el PMP.

La determinacin matemtica de la humedad aprovechable total del suelo se efecta por la relacin:HAT= CC- PMP100*Prof

Donde: HAT = Humedad aprovechable total del suelo (cm). CC = Contenido de humedad a CC (vol. %). PMP = Contenido de humedad a PMP (vol. %).Prof=Profundidad de la capa enraizada de suelo cm.

Si la profundidad de la capa enraizada esta compuesta pro diferentes capas con caractersticas especficas la humedad aprovechable total se calcula mediante la siguiente relacin:HAT= i=1nCCi- PMPi100*Prof

Donde:CCi = Contenido de humedad a CC del suelo, de la capa i, (vol. %). PMPi = Contenido de humedad del suelo a PMP, de la capa i, (vol. %). n= Numero de capas en que se divide el perfil enraizado.

Tambin es necesario resaltar que el agua no es igualmente aprovechable por el cultivo en todo, el rango de la humedad disponible. A medida que disminuya el nivel de humedad del suelo, aumenta progresivamente el esfuerzo del cultivo para extraer agua del suelo, afectando de esta manera la velocidad del uso del agua por los cultivos y consecuentemente la produccin de los mismos. Por lo expuesto anteriormente, en el riego de los cultivos no se debe permitir un agotamiento mayor de 40 a 60 % de la humedad aprovechable total, a fin de mantener un apropiado nivel de humedad para los cultivos. En forma prctica se usa el criterio de aplicar un riego cuando se produce un agotamiento o descenso del 50 % de humedad aprovechable total, que expresado matemticamente es de la forma:L riego=0.5 HAT

Donde: L riego = lamina de riego, en la misma unidades que HAT (cm). HAT = humedad aprovechable total o agua disponible total (cm).

Profundidad de races Todo cultivo tiene un determinado patrn de distribucin de races, el mismo que varia segn la edad, las condiciones de humedad a las que han sido sometidas durante su periodo vegetativo, la naturaleza fsica del suelo y las caractersticas intrnsecas del perfil del suelo. Las caractersticas fsicas y en especial la textura y el nivel de humedad del suelo, tienen una gran influencia en la profundidad de enraizamiento. En

forma general se puede decir que los selos de textura gruesa permiten una mayor profundidad de las races frente a los suelos de textura fina, lo cual esta en intima relacin con las capacidades diferentes de retencin de agua de dichos suelos. Si la profundidad de enraizamiento (D) de un cultivo cualquiera se divide en cuatro partes iguales, el patrn de agua extrada por el cultivo segn la profundidad, empezando de arriba hacia abajo, ser de: 40 %, 30 %, 20 % y 10 %, respectivamente.

40 % 30 % 20 %

10 % Patrn tpico de la distribucin del agua extrada por un cultivo. 1.2 Mtodos para determinar el contenido de humedad del suelo La determinacin del contenido de humedad puede hacerse mediante los siguientes mtodos: directos indirectos. a). mtodo directo o gravimtrico Representa el mtodo estndar para determinar el contenido de humedad en el suelo y sirve de base para el empleo de los mtodos indirectos. El mtodo y el equipo usados son simples, y se pueden aplicar en todos los suelos y esta basada por los siguientes pasos:

Toma de muestra representativa que va desde 100 a 120 gramos. Llevar al laboratorio la muestra en tarritos o bolsas de polietileno bien serrados y previamente identificados. En el laboratorio pesamos respectivamente a cada muestra extrada. Las muestras hmedas pesadas se llevan a secar a la estufa por 24 horas a una temperatura de 105 para luego volver a pesarlas.

El clculo de contenido de humedad se da por: masa de %=masa de aguamasa de suelo seco*100 La desventaja de este mtodo es el tiempo que se demora en emplearla y el costo.

b). Mtodos indirectos

Dentro de estos mtodos se tiene principalmente: mtodo de la resistencia elctrica, mtodo del tensimetro y de la sonda de neutrones.la utilizacin de cualquiera de estos mtodos, requiere de la obtencin previa de su curva de calibracin respectiva. Mtodo De La Resistencia Elctrica Este mtodo se base en el principio de que la resistencia al paso de una corriente elctrica dependa del contenido de humedad del medio. Este mtodo utiliza dos electrones que se encuentran encerrados o cubiertos en bloques porosos absorbentes (de yeso de pars, fibra de vidrio u otro material) que al ser enterrado en el suelo a la profundidad deseada, tienden siempre a equilibrar su propio contenido de humedad con la del suelo. Cuando se quiere conocer el contenido de humedad del suelo en un momento determinado, se mide la resistencia elctrica entre los electrones del block; con esta lectura se entra a la lectura de calibracin: resistencia elctrica (Ohms) versus contenido de humedad y se obtiene el contenido de humedad correspondiente. La curva de calibracin se puede obtener en el campo o en el laboratorio, relacionando contenidos de humedad obtenidos por el mtodo gravimtrico y lectura de resistencia elctrica. El block de fibra de vidrio viene acompaado con un dispositivo que permite medir la temperatura del suelo, en base al cual la resistencia puede ser corregida a una temperatura comn. Este mtodo tiene la ventaja de ser barato en comparacin a los otros mtodos indirectos y adems requiere poco esfuerzo. Su desventaja es que es poco preciso para trabajos de campo y se ve afectado rpidamente por el grado de salinidad del suelo. Mtodo Del Tensimetro El tensimetro es un aparato que consta de una punta o copa porosa a un manmetro o vacuometro a travs de un tobo de plstico. Su longitud comn varia entre 30 a 130 cm; pudiendo ser de mayores longitudes tambin. El principio de este mtodo consiste en el intercambio de de niveles de agua entre el tensimetro y el suelo. Una vez incorporado el tensimetro en el suelo, el agua retenida en el suelo entra en equilibrio con el agua del tensimetro a travs de su correspondiente copa porosa, conformando de esta manera un sistema cerrado. Las fuerzas que se crean en este circuito son trasmitidas primero a la columna de agua del tubo y luego al dispositivo de medida, manmetro. A medida que el suelo se seca, se produce un flujo de agua contenida en el tubo del tensimetro hacia el suelo, lo que ocasiona una baja de su nivel y por consiguiente un correspondiente vacio que representa la succin de agua por el suelo; este fenmeno es registrado en el manmetro. En algunos tensimetros, la lectura es digital.

Con este mtodo se pueden medir contenidos de humedad correspondientes a tensiones menores de 0.8 bares, ya que a mayores tenciones se produce un ingreso de aire al sistema a travs de la copa porosa. Mtodo De La Sonda De Electrones Para determinar el contenido de humedad en el suelo por este mtodo, se utiliza una fuente radioactiva de neutrones rpidos (radium-beryllium o americium-beryllium), la que se introduce en el suelo a travs de un tubo de aluminio (pre instalado). Estos neutrones se caracterizan por tener una gran energa que les permite introducirse al suelo con gran rapidez, y que el encontrarse con iones hidrogeno, son transformados en neutrones lentos, amortiguados al nivel de los neutrones terminales. De esta manera al rededor de la fuente de neutrones rpidos se forman un campo de neutrones lentos, los mismos que so detectados por un contador ubicado en la fuente y que electrnicamente son indicados en una pantalla. El nmero de neutrones lentos tienden a ser constantes en un tiempo muy corto 0.1 segundos y su correspondiente nmero depende de la cantidad de agua en el suelo. Se ha costado que existe una relacin lineal entre el numero de neutrones amortiguados y el contenido de humedad de la esfera de influencia del campo de trabajo (30 cm de dimetro). Para empezar a trabajar a este mtodo, primero se hace una prueba de calibracin de la sonda de neutrones, a fin de obtener su correspondiente curva de calibracin que efecta para cada profundidad y campo de trabajo. Con la lectura definitiva obtenida en el contador de la sonda, se va a la curva de calibracin antes obtenida y recin se determina el contenido de humedad respectivo del suelo. Nos permite determinar la humedad al instante en el propio terreno, teniendo por desventaja su alto costo de inversin, manejo delicado y cuidadoso del equipo. 1.1 Variacin del contenido de humedad La variacin y descenso del contenido de humedad de un suelo sin problemas de drenaje se ajusta a un modelo exponencial de la forma:=atb Donde: a= Contenido de humedad que tiene el suelo un da despus del riego. b= Es el exponente de la funcin y su magnitud varia ente 0 y -1. = Es el contenido de humedad del suelo (vol. %).

La representacin de la variacin del contenido de humedad se muestra en:

(Vol. %) =atContenido de humedadb

N das transcurridos desde el

El clculo de los parmetros de la ecuacin se puede efectuar mediante el mtodo grafico o el mtodo analtico (mnimos cuadrados).

1. MECANISMOS DE RETENCIN DE AGUA POR EL SUELO La retencin de agua por el suelo esta determinada en gran parte por las fuerzas que enlazan al agua con los elementos slidos del suelo. Estas fuerzas se manifiestan principalmente en una retencin del agua (el suelo succiona agua) que depende del nivel de humedad del suelo. Las relaciones entre el contenido de humedad, su estado energtico y los procesos de gradientes energticas en el sistema agua- suelo son de fundamental importancia para el riego. 2.1 Concepto energtico de la retencin del agua Si la humedad del suelo esta en equilibrio, por definicin, las resultante de las fuerza mencionadas equivalen a cero. Para llegar a este equilibrio las fuerzas producen un desplazamiento de agua y consecuentemente el agua obtiene una energa potencial o simplemente llamada potencial. Los potenciales mas importantes que originan las fuerzas de retencin de agua son los siguientes: a. Potencial Matrico o Matricial (m) Es el potencial determinado por la presencia de las partculas solidas, es decir la matriz misma del suelo y su efecto se manifiesta como una sucesin, llamndose por lo cual sucesin matriz o sucesin de humedad del suelo. Este potencial del agua del suelo es el resultado de las fuerzas capilares y las de absorciones debidas a la matriz solida del suelo, as como al potencial osmtico de la doble capa difusa.

La capilaridad es el resultado de la tencin superficial del agua y su ngulo de contacto con las partculas solidas. En un sistema de suelo no saturado se forman meniscos curvos que obedecen a la ecuacin de capilaridad. Si el suelo fuera como un simple conjunto de tubos capilares, la ecuacin de capilaridad serian suficientes para describir la relacin de este potencial con los radios de los poros del suelo. Sin embargo, adems del fenmeno de capilaridad, el suelo exhibe fenmeno de absorcin, que son los permiten la formacin de envolturas hidratadas sobre las partculas del suelo.Agua retenida por fenmeno de tensin superficial (Capilaridad)

Partcula de suelo

El potencial Matrico tiene como componentes:

Agua retenida por fenmeno de afinidad electrosttica (Adsorcin)

m= a+ c+ d

Donde: a = potencial de la fuerza de adsorcin. c = potencial de las fuerzas capilares. d = potencial osmtico de la doble capa difusa. b. Potencial Osmtico (O) Es el potencial determinado por la presencia de iones libres en el agua del suelo, provenientes de las sales vinculadas de ninguna manera con la fase del suelo mismo. Se debe fundamentalmente a la hidratacin de los cationes que resultan dela disolucin de las sales que no saturan las cargas negativas de las partculas solidas del suelo. c. Potencial de Sumersin (S) Es el potencial debido a la carga hidrosttica, expresada como altura de la columna de agua sobre yacente. Debajo del nivel fretico, el potencial Matrico es nulo (cero), pero en su lugar aparece el potencial de sumersin. El potencial total (t) del agua en el suelo esta dado por la suma de los potenciales parciales:

t= i=1ni t= m+ 0+ S

El potencial del agua en el suelo puede expresarse en valores de pF, atmosferas o en bares. El valor de pF, es el logaritmo de la carga de presin negativa en cm de agua. Un valor de pF = 1, indica una carga de 10 cm de agua y pF = 3, una carga de 1,000cm de agua (10 metros de columna de agua). 2.2 La curva de retencin Llamada tambin curva de absorcin, pF o curva caracterstica de humedad del suelo, presenta la relacin entre el contenido de humedad del suelo y su correspondiente estado energtico o potencial de agua con que esta retenida el suelo. El potencial, indica la energa que debe gastarse para extraer una unidad de agua del suelo a ese nivel de humedad. La curva de retencin tiene dos lmites bien definidos: Limite hmedo, esta bien definido por el nivel fretico y en estas condiciones todos los poros se encuentran llenos de agua y el potencial del agua esta determinado solo por el potencial osmtico, ya que los otros potencial son iguales a cero. L limite seco, esta definido por el punto correspondiente a tierra seca, es decir, por el nivel de humedad correspondiente a un estado energtico de 104 bares. Para fines agrcolas, la curva de retencin tiene dos puntos de gran importancia: la parte hmeda (rango de succin entre 0-0.3 bares) indicador de la aireacin del suelo y la parte correspondiente a succiones entre 15-25 bares, indicador del limite de supervivencia de las plantas: punto de marchitez.

MOVIMIENTO DE AGUA EN EL RIEGO El movimiento del agua durante el riego es de importancia conocerlo ya que as se logra adecuadas eficiencias. Al iniciarse el riego por gravedad se presenta un fenmeno combinado: deslizamiento del agua sobre la superficie del suelo (avance) y al interior del mismo (infiltracin). Al cortarse el ingreso del agua al surco o melga, contina un escurrimiento superficial durante un tiempo corto (merma o recesin). La representacin del avance y recesin se muestra en la figura siguiente:

Q

ho

(X, 0)

0 I (t)

I (t)

Perfil de distribucin de lmina Infiltrada y lmina de agua sobre el suelo, cuando el agua lleg a la parte final del surco o melga Agua que ingresa = Agua infiltrada + Agua sobre la superficie del surco o melga En cualquier momento del riego, se cumple la siguiente ecuacin de equilibrio6 Qta=B hs+ hax

Donde: Q = Caudal que ingresa al surco o melga (1/seg) Ta = Tiempo de aplicacin de Q (min) B = Ancho del espejo de agua superficial en el surco o melga (m) Ha= Lamina promedio de agua sobre la superficie del suelo (cm) Hs = Lamina promedio de agua sobre la superficie del suelo (cm) X= Longitud de surco o melga cubierta por agua (m)

1. EL AVANCE DEL AGUA EN EL RIEGO El avance del agua durant3 el riego por gravedad, es importante conocerlo ya que permite efectuar un diseo apropiado del sistema de riego. Los factores ms importantes que determinan la velocidad de avance son: Pendiente longitudinal del fondo del surco o melga. Cantidad de flujo (cantidad de agua) por surco o metro de ancho de melga. Forma del surco o melga. Rugosidad dela superficie del terreno. Caractersticas fsico-qumicas del suelo.

Otros parmetros de poca significacin. Varios autores estn de acuerdo con el avance del frente de agua sobre el surco o melga puede ser expresado como una funcin exponencial de la forma:x =P Txm

Donde: X = Esla longitud de avance (m) al tiempo Tx, 0 x L P = Es un coeficiente emprico de la funcin de avance para Tx =1min. Tx = Es el tiempo de avance (min) M = Es un exponente emprico de la funcin de avances y vara entre 0 y 1 Los parmetros p y m tienen significado fisco: El parmetro p es una constante emprica que depende principalmente de la pendiente longitudinal del surco melga, del caudal de riego y de la rugosidad de la superficie; mientas que el parmetro m depende de las caractersticas de infiltracin del suelo, principalmente.

Tiempo de avance (min)

Q1 Q1