agua suelo planta atmosfera
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1
EDAFOLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA1º INGENIERO TÉCNICO AGRÍCOLA
LECCIÓN 4LECCIÓN 4LAS FASES LÍQUIDA Y GASEOSA DEL LAS FASES LÍQUIDA Y GASEOSA DEL
SUELO: CONCEPTOS Y APLICACIONES EN SUELO: CONCEPTOS Y APLICACIONES EN AGRONOMÍAAGRONOMÍA
ProfesorJosé Álvarez Rogel
Departamento de Producción AgrariaÁrea de Edafología y Química Agrícola
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
Esquema general1.- Introducción2.- Formas de agua en el suelo. Potencial gravitacional y de succión.3.- Potencial osmótico y potencial matricial: implicaciones agronómicas.4.- Movimiento del agua en el suelo: conductividad hidráulica e infiltración.5.- La solución del suelo: papel en la nutrición vegetal.6.- La atmósfera del suelo.
LECCIÓN 4
LAS FASES LÍQUIDA Y GASEOSA DEL SUELO: CONCEPTOS Y APLICACIONES LAS FASES LÍQUIDA Y GASEOSA DEL SUELO: CONCEPTOS Y APLICACIONES EN EN
AGRONOMÍAAGRONOMÍA
2
L. 4. 1.- IntroducciónFASE GASEOSA
FASELÍQUIDA
10 cm
FASE SÓLIDA:M.O.+Min.
AGUA,SOLUCIONES
ACUOSASGASES
L. 4. 2.- El agua en el suelo. Potencial gravitacional y de succión.
AGUA DE ESCORRENTÍA
Poros>10µm
AGUAGRAVITACIONAL
Poros<10µm
AGUACAPILAR
3
PELÍCULAS ALREDEDORDE PARTÍCULAS
MINERALES
L. 4. 2.- El agua en el suelo. Potencial gravitacional y de succión.
Poros<10µm
AGUACAPILAR
POROS 10- 0.2 µm2.- AGUA NO ABSORBIBLE
POR LAS RAÍCES:
POROS <0.2 µm
1.- AGUA ABSORBIBLEPOR LAS RAÍCES:
L. 4. 2.- El agua en el suelo. Potencial gravitacional y de succión.
AGUA HIGROSCÓPICAAGUA HIGROSCÓPICA
NO UTILIZABLE NO UTILIZABLE POR LAS PLANTASPOR LAS PLANTAS
4
L. 4. 2.- El agua en el suelo. Potencial gravitacional y de succión.ESTADO ENERGÉTICO DEL AGUA EN EL SUELOESTADO ENERGÉTICO DEL AGUA EN EL SUELOESTADO ENERGÉTICO DEL AGUA EN EL SUELO
FUERZA DE GRAVEDAD
MATRIZADHESIÓNADHESIÓNADHESIÓN
COHESIÓN(Capilares)COHESIÓNCOHESIÓN(Capilares)(Capilares)
----
----
DIFUSIÓNDIFUSIÓNDIFUSIÓN
IONES
Cl- , SO42-
H+H+
O2-
L. 4. 2.- El agua en el suelo. Potencial gravitacional y de succión.
POTENCIAL GRAVITACIONAL
POTENCIAL DE SUCCIÓN
POTENCIAL GRAVITACIONAL
POTENCIAL DE SUCCIÓN
(NEGATIVO)
5
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
POTENCIAL OSMÓTICO (O DE SOLUTO): POTENCIAL OSMÓTICO (O DE SOLUTO): ψo
SOLUCIÓNSALINA
SOLUCIÓNNO
SALINAPotencialosmótico
ψs
NaCl, MgCl2, etc.
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
POTENCIAL DE PRESIÓN: POTENCIAL DE PRESIÓN: ψP
Expresa el conjunto de fuerzas que actúan sobre el agua independientemente de la presencia de sales y de la
fuerza de la gravedad
Expresa el conjunto de fuerzas que actúan sobre el agua independientemente de la presencia de sales y de la
fuerza de la gravedad
POTENCIAL MATRICIAL ψm
6
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
POTENCIAL MATRICIAL ψm
PARTÍCULASSÓLIDAS
POROS <10µm
PARTÍCULAS DE SUELO
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
POTENCIAL MATRICIAL ψm
g cm2
A
kPa
altura
pF= - Log ψm
pF=4.2
15484.84 cm
- 15 A
- 1500 kPa
1 bar=0.99A = 100kPa= 1022 cm de agua
7
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presiónpF
pF
pF
pF H2O
H2O
H2O
H2OCUANTO MÁS SECO ESTÁ EL
SUELO,MÁS TRABAJO CUESTA EXTRAER
AGUA
CUANTO MÁS SECO ESTÁ EL CUANTO MÁS SECO ESTÁ EL SUELO,SUELO,
MÁS TRABAJO CUESTA EXTRAER MÁS TRABAJO CUESTA EXTRAER AGUAAGUA
POTENCIAL MATRICIAL ψm
AGUA ÚTILAGUA ÚTIL
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
kPa
- 1500
- 33
pF
4.2
2.7
0 10 20 30 40 50 % agua
SUELO ARENOSOSUELO ARCILLOSO
Punto de marchitamiento
permanente
Capacidad de campo
DEPENDE DE LA GRANULOMETRÍADEPENDE DE LA DEPENDE DE LA
GRANULOMETRÍAGRANULOMETRÍA
DEPENDE DE LA DISTRIBUCIÓN Y
TAMAÑO DE POROS
DEPENDE DE LA DEPENDE DE LA DISTRIBUCIÓN Y DISTRIBUCIÓN Y
TAMAÑO DE POROSTAMAÑO DE POROS
8
AGUA ÚTIL
Punto de marchitamiento
permanente
Capacidad de campo
pF
4.2
2.7
0 10 20 30 40 50 % agua
kPa
- 1500
- 33
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
INTERMEDIO
SUELO ARENOSOSUELO ARCILLOSO
AGUA ÚTIL
Punto de marchitamiento
permanente
Capacidad de campo
pF
4.2
2.7
0 10 20 30 40 50 % agua
kPa
- 1500
- 33
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presiónINTERMEDIO
SUELO ARENOSO
SUELO ARCILLOSO
NECESITAMOS APORTAR MAYOR CANTIDAD DE AGUA PARA CONSEGUIR AGUA ÚTIL EN UN SUELO
ARCILLOSO QUE EN UNO ARENOSO
NECESITAMOS APORTAR MAYOR CANTIDAD DE AGUA NECESITAMOS APORTAR MAYOR CANTIDAD DE AGUA PARA CONSEGUIR AGUA ÚTIL EN UN SUELO PARA CONSEGUIR AGUA ÚTIL EN UN SUELO
ARCILLOSO QUE EN UNO ARENOSOARCILLOSO QUE EN UNO ARENOSO
9
AU
PMP
CC
pF
4.2
2.7
0 10 20 30 40 50 % agua
kPa
- 1500
- 33
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
CAPACIDAD DE RETENCIÓN DE AGUA ÚTIL
LA M.O. LA M.O. MEJORA LA MEJORA LA
CRAUCRAULA ADICIÓN DE MATERIA ORGÁNICAAUMENTA LA CAPACIDAD DEL SUELO PARA RETENER AGUA, ASÍ
COMO LA CAPACIDAD DEL SUELO PARA SUMINISTRAR AGUA A LAS PLANTAS
LA ADICIÓN DE LA ADICIÓN DE MATERIA ORGÁNICAMATERIA ORGÁNICAAUMENTAAUMENTA LA CAPACIDAD DEL SUELO PARA LA CAPACIDAD DEL SUELO PARA RETENER AGUA, RETENER AGUA, ASÍ ASÍ
COMOCOMO LA CAPACIDAD LA CAPACIDAD DEL SUELO PARADEL SUELO PARA SUMINISTRAR SUMINISTRAR AGUA A LAS AGUA A LAS PLANTASPLANTAS
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
HISTÉRESIS
pF
1
2
3
4
5
0 10 20 30 40 50 % agua
HUMECTACIÓN
DESECACIÓN
10
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
TENSIÓMETROSTENSIÓMETROSTENSIÓMETROS Bujía porosa cerrada herméticamente: el Bujía porosa cerrada herméticamente: el suelo succiona parte del agua de la bujía suelo succiona parte del agua de la bujía y la tensión de vacío que se origina se y la tensión de vacío que se origina se
mide en el manómetromide en el manómetro
VARIACIONES DE POTENCIAL DE SUCCIÓN
IN SITU
VARIACIONES DE VARIACIONES DE POTENCIAL DE SUCCIÓN POTENCIAL DE SUCCIÓN
IN SITUIN SITU
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
OBTENCIÓN DEL % AGUA ÚTILPRESIÓN0.33 ATM.
MEMBRANA DE RICHARDSMEMBRANA DE RICHARDS
PESADO ENHÚMEDO
P1PESADO EN SECO: P2
ESTUFA 105ºCESTUFA 105ºC
P1- P2Agua retenida
a 0.33 At
P1P1-- P2P2Agua retenidaAgua retenida
a 0.33 a 0.33 AtAt
11
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
OBTENCIÓN DEL % AGUA ÚTILPRESIÓN15 ATM.
MEMBRANA DE RICHARDSMEMBRANA DE RICHARDS
PESADO ENHÚMEDO
P1PESADO EN SECO: P2
ESTUFA 105ºCESTUFA 105ºC
P1- P2Agua retenida
a 15 At
P1P1-- P2P2Agua retenidaAgua retenida
a a 15 15 AtAt
AGUA A 0.33MENOS
AGUA A 15
AGUA A 0.33AGUA A 0.33MENOSMENOS
AGUA A 15AGUA A 15
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presiónOBTENCIÓN DEL % AGUA ÚTILOBTENCIÓN DEL % AGUA ÚTILOBTENCIÓN DEL % AGUA ÚTIL
PRESIÓN15 ATM.
MEMBRANA DE RICHARDSMEMBRANA DE RICHARDS
PESADO ENHÚMEDO
P1PESADO EN SECO: P2
ESTUFA 105ºCESTUFA 105ºC
P1- P2Agua retenida
P1P1-- P2P2Agua retenidaAgua retenida
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MUESTRAS INALTERADAS: CONSERVAN LA ESTRUCTURA
MUESTRAS ALTERADAS: NO CONSERVAN LA ESTRUCTURA
MUESTRAS INALTERADAS: CONSERVAN LA ESTRUCTURAMUESTRAS INALTERADAS: CONSERVAN LA ESTRUCTURA
MUESTRAS ALTERADAS: NO CONSERVAN LA ESTRUCTURAMUESTRAS ALTERADAS: NO CONSERVAN LA ESTRUCTURA
L. 4. 3.- Potencial osmótico y de presión
OBTENCIÓN DEL % AGUA ÚTILOBTENCIÓN DEL % AGUA ÚTIL
CAPACIDAD DE CAMPOCAPACIDAD DE CAMPOINALTERADASINALTERADASESTRUCTURAESTRUCTURA
PUNTO MARCHITAMIENTOPUNTO MARCHITAMIENTOALTERADASALTERADASTEXTURATEXTURA
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
AGUAS SUBTERRÁNEAS
REDISTRIBUCIÓN
ASCENSO CAPILAR
INFILTRACIÓN
ABSCORCIÓN
EVAPORACIÓN
Procesos implicados en el movimiento del agua en el sueloProcesos implicados en el movimiento del agua en el suelo
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L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
FLUJO NOSATURADO
FLUJOSATURADO
LEY DE DARCY CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICACONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
MENORTENSIÓN
MAYORTENSIÓN
14
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA:MEDIDA DE LA CAPACIDAD DEL SUELO PARA
CONDUCIR EL FLUJO DE AGUATª
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
CONDUCTIVIDADHIDRÁULICA A VARIAS
PROFUNDIDADES
CONDUCTIVIDADCONDUCTIVIDADHIDRÁULICA A VARIASHIDRÁULICA A VARIAS
PROFUNDIDADESPROFUNDIDADES
EL SUELO DEBE TENER UN ELEVADO % DE AGUA ÚTIL Y, ADEMÁS, ESTA AGUA DEBE MOVERSE A TRAVÉS DEL
SISTEMA DE POROS DE FORMA QUE LLEGUE A LAS RAÍCES EN CANTIDAD SUFICIENTE
EL SUELO DEBE TENER UN ELEVADO % DE AGUA ÚTIL Y, EL SUELO DEBE TENER UN ELEVADO % DE AGUA ÚTIL Y, ADEMÁS, ESTA AGUA DEBE MOVERSE A TRAVÉS DEL ADEMÁS, ESTA AGUA DEBE MOVERSE A TRAVÉS DEL
SISTEMA DE POROS DE FORMA QUE LLEGUE A LAS RAÍCES SISTEMA DE POROS DE FORMA QUE LLEGUE A LAS RAÍCES EN CANTIDAD SUFICIENTEEN CANTIDAD SUFICIENTE
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Permeámetrode cargaconstante
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDADHIDRÁULICA
MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDADMEDIDA DE LA CONDUCTIVIDADHIDRÁULICAHIDRÁULICA
FUNDAMENTAL CONSERVARLA ESTRUCTURA DEL SUELO
Hasta que la cantidad de agua que pasa por un tiempo es cte.
2 cm/horalenta
12.5 cm/horamuy rápida
2 cm/horalenta
12.5 cm/horamuy rápida
SISTEMAS DE DRENAJE
ARENOSOS,NO COMPACTADOSARENOSOS,ARENOSOS,NO COMPACTADOSNO COMPACTADOS
ARCILLOSOS,COMPACTADOSARCILLOSOS,ARCILLOSOS,COMPACTADOSCOMPACTADOS
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
DRENAJE EXCESIVODRENAJE EXCESIVODRENAJE EXCESIVO DRENAJE DEFICIENTEDRENAJE DEFICIENTEDRENAJE DEFICIENTE
La INFILTRACIÓN es el proceso de entrada vertical de agua en el suelo La INFILTRACIÓN es el proceso de entrada vertical de agua en el suelo
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L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
12
EFECTO DE LA PENDIENTE Y LA CUBIERTA VEGETALEFECTO DE LA PENDIENTE Y LA CUBIERTA VEGETALSOBRE LA INFILTRACIÓN Y LA ESCORRENTÍASOBRE LA INFILTRACIÓN Y LA ESCORRENTÍATEXTURA, POROS, HUMEDAD INICIAL, ETC.TEXTURA, POROS, HUMEDAD INICIAL, ETC.
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
MEDIDA DE LA INFILTRACIÓNMEDIDA DE LA INFILTRACIÓNMEDIDA DE LA INFILTRACIÓN
100 cm
mm hmm h--11
1- 5 mm h-1: lenta20- 60 mm h-1: moderada>250 mm h-1: muy rápida
11-- 5 mm h5 mm h--11: lenta: lenta2020-- 60 mm h60 mm h--11: moderada: moderada>250 mm h>250 mm h--11: muy rápida: muy rápida
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L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
EVAPORACIÓNEVAPORACIÓNEVAPORACIÓN
Tª
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltraciónEFECTO DE LA
DESECACIÓN SUPERFICIALEFECTO DE LA EFECTO DE LA
DESECACIÓN SUPERFICIALDESECACIÓN SUPERFICIAL
ψmψm
ψmψm
18
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltraciónEFECTO DE LA
DESECACIÓN SUPERFICIALEFECTO DE LA EFECTO DE LA
DESECACIÓN SUPERFICIALDESECACIÓN SUPERFICIAL
ψmψm
ψmψm
EL SUELO COMIENZA A SECARSE EN SUPERFICIE
EL SUELO EL SUELO COMIENZA A COMIENZA A SECARSE EN SECARSE EN SUPERFICIESUPERFICIE
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltraciónEFECTO DE LA
DESECACIÓN SUPERFICIALEFECTO DE LA EFECTO DE LA
DESECACIÓN SUPERFICIALDESECACIÓN SUPERFICIAL
ψmψm
ψmψm
EL AGUA TIENE CADA VEZ MÁS DIFICULTAD EN ASCENDER POR CAPILARIDAD
EL AGUA TIENE EL AGUA TIENE CADA VEZ MÁS CADA VEZ MÁS DIFICULTAD EN DIFICULTAD EN ASCENDER POR ASCENDER POR CAPILARIDADCAPILARIDAD
EL AGUA VA QUEDANDO EN LOS POROS MÁS
PEQUEÑOS
EL AGUA VA EL AGUA VA QUEDANDO EN QUEDANDO EN LOS POROS MÁS LOS POROS MÁS
PEQUEÑOSPEQUEÑOS
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L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltraciónEFECTO DE LA
DESECACIÓN SUPERFICIALEFECTO DE LA EFECTO DE LA
DESECACIÓN SUPERFICIALDESECACIÓN SUPERFICIAL
ψmψm
ψmψm
EL FLUJO CAPILAR
ASCENDENTE SE INTERRUMPE Y EL AGUA DEJA DE EVAPORARSE O LO HACE CON
MUCHA LENTITUD
EL FLUJO EL FLUJO CAPILAR CAPILAR
ASCENDENTE SE ASCENDENTE SE INTERRUMPE Y EL INTERRUMPE Y EL AGUA DEJA DE AGUA DEJA DE EVAPORARSE O EVAPORARSE O LO HACE CON LO HACE CON
MUCHA LENTITUDMUCHA LENTITUD
1 2T T
Efecto de la cobertura vegetal sobre la Tª del
suelo
Efecto de la Efecto de la cobertura vegetal cobertura vegetal sobre la Tª del sobre la Tª del
suelosuelo
EVAPORACIÓNEVAPORACIÓNEVAPORACIÓN
L. 4. 4.- Conductividad hidráulica e infiltración
20
L. 4. 5.- La solución del suelo
COMPOSICIÓN DE LA SOLUCIÓNCOMPOSICIÓN DE LA SOLUCIÓNCOMPOSICIÓN DE LA SOLUCIÓN
SALES EN ESTADO IÓNICO: Cl- SO42-
Na+ K+
Mg2+
PARTÍCULAS COLOIDALES (<0.1µm):
ARCILLAS, COLOIDES DEL HUMUSCOMPLEJOS ARCILLO- HÚMICOS
L. 4. 5.- La solución del suelo
PAPEL DE LA SOLUCIÓNPAPEL DE LA SOLUCIÓNPAPEL DE LA SOLUCIÓN
NUTRICIÓN MINERAL DE LAS PLANTAS
TRANSPORTE DE SUSTANCIAS EN EL
PERFIL
21
L. 4. 5.- La solución del suelo
SOLUTOS EN LA SOLUCIÓNSOLUTOS EN LA SOLUCIÓNSOLUTOS EN LA SOLUCIÓN
Ca2+, Mg2+, Na+, K+
H+, Al+3
pH=7pH = 3 pH = 12
TIPO Y SOLUBILIDAD DE LA ROCATIPO Y SOLUBILIDAD DE LA ROCACLIMA: CUANTO MÁS LLUVIOSO MÁS ALTERACIÓN Y MÁS
LAVADO DE COMPONENTES SOLUBLESCLIMA: CUANTO MÁS LLUVIOSO MÁS ALTERACIÓN Y MÁS
LAVADO DE COMPONENTES SOLUBLES
ACCIÓN ANTRÓPICA: FERTILIZANTES, CONTAMINANTESACCIÓN ANTRÓPICA: FERTILIZANTES, CONTAMINANTES
CICLOS ESTACIONALES Y CAMBIOS DE SOLUBILIDADCICLOS ESTACIONALES Y CAMBIOS DE SOLUBILIDAD
CATIONES MÁS ABUNDANTES
L. 4. 6.- La atmósfera del suelo
COMPOSICIÓNCOMPOSICIÓNCOMPOSICIÓN
O2
CO2
N2
OXIDACIÓN CON OXÍGENO LIBRERESPIRACIÓN AEROBIA
OXIDACIÓN SIN OXÍGENO LIBRERESPIRACIÓN ANAEROBIA
M.O.
HIDROMORFÍA
22
M.O.O2
Org. Aerobiosobligados
CO2 + H2O
M.O.NO3
Org. Anerobios
NO2- + H2O
L. 4. 6.- La atmósfera del suelo OXIDACIONESOXIDACIONESOXIDACIONES
M.O.SO4
2-
Sol.
Org. Anerobios
HS- + 4H2O
M.O.CO2Gas
Org. Anerobios
CH4 (gas)+2H2O
L. 4. 6.- La atmósfera del suelo OXIDACIONESOXIDACIONESOXIDACIONES
23
H2O
L. 4. 6.- La atmósfera del suelo
RENOVACIÓNRENOVACIÓNRENOVACIÓN O2 = 18- 20%
5%
CO2 = 5- 10%
CO2
CO2
O2
O2
N2 = 78%
L. 4. 6.- La atmósfera del suelo
RELACIÓN CON LOS MICROORGANISMOSRELACIÓN CON LOS MICROORGANISMOSRELACIÓN CON LOS MICROORGANISMOS
INVIERNO PRIMAVERA VERANO
ACT.MICRO.
CONSUMO O2
DESPRENDIMIENTO CO2
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