PRIMER CURSO NACIONAL DE SUSTRATOS

Colegio de Postgraduados

Texcoco, Estado de México

28 – 30 de Julio, 2010

CARACTERIZACION FISICA DE

SUSTRATOS

Dr. Víctor Ordaz Chaparro

Colegio de Postgraduadosordaz@colpos.mx

LA AGRICULTURA PROTEGIDA PUEDE APLICARSE A TODOS LOS CULTIVOS : HORTALIZAS , VIVEROS DE ESPECIES FORESTALES Y ORNAMENTALES

NIVELES DE TECNIFICACIÓN

ALTO MEDIO BAJO

EMPLEO DE

SUSTRATOS

Material sólido distinto del suelo, natural, de síntesis o residual,

mineral u orgánico.

Cuando es colocado en un contenedor, en forma pura o mezclada,

permite al sistema radicular anclarse.

Tiene las funciones de:

1. Anclar y aferrar las raíces protegiéndolas de la luz

y permitiéndoles la respiración.

2. Contener el agua y puede intervenir o no en la

nutrición de las plantas

Su diferenciación es en base a:

origen, propiedades, capacidad de degradación

SUSTRATO, POR DEFINICIÓN:

DEBE SUMINISTRAR A LAS RAICES UNA CANTIDAD

EQUILIBRADA DE AIRE Y AGUA , EN ALGUNOS CASOS

NUTRIMENTOS

ASFIXIA DEBIDO A LA FALTA DE OXIGENO

DESHIDRATACIÓN

EXCESO O CARENCIA DE NUTRIMENTOS

ENFERMEDADES (PRODUCIDAS INDIRECTAMENTE

POR CAUSAS ANTERIORES)

PROPORCIONES

INADECUADAS

Ordaz/CP- Edafología

ORIGEN DE MATERIALES USADOS PARA SUSTRATOS

• YACIMIENTOS MINERALES

• NO BIODEGRADABLES

• NO PRESENTAN DISOLUCIÓN

DE ORIGEN NATURAL

• TRATAMIENTOS FISICOS Y/O QUIMICOS

• SON MODIFICADAS SUS CARACTERISTICAS INICIALES

TRANSFORMADOS O TRATADOS

INDUSTRIALMENTE

ARCILLAS, LANA DE

ROCA, VERMICULITA,

AGROLITA (PERLITA)

ARENAS, GRAVAS,

ESCORIAS Y TOBAS

VOLCANICAS

INORGÁNICOS

MATERIALES ORGÁNICOS

DE ORIGEN NATURAL

TURBAS, HOJARASCAS, FIBRAS

BIODEGRADABLES

DE SINTESIS

POLIMEROS ORGÁNICOS

NO BIODEGRADABLES

SUBPRODUCTOS

AGRICOLAS, FORESTALES,PECUARIOS, URBANOS,

AGROINDISTRIALES

BIODEGRADABLES

Estabilidad de maceta

Consistencia del cepellónDistribución de raíces

USO DE SUSTRATOS

Ordaz/CP- Edafología

• ACLIMATACIÓN DE

PLANTULAS (IN VITRO)

• GERMINACIÓN Y

GENERACIÓN DE PLANTULAS

•ESPECIES FORESTALES

• HORTALIZAS

• ORNATO

TIPO Y FORMA DE CONTENEDORES

CARACTERIZACIÓN DE SUSTRATOS

Ordaz/CP- Edafología

LOS OBJETIVOS:

MEJORES CONDICIONES PARA EL DESARROLLO DE LAS

PLANTAS

OPTIMIZACION DEL AGUA DE RIEGO O SOLUCIÓN NUTRITIVA

REDUCCIÓN DE LOS COSTOS DE PRODUCCIÓN

PRUEBA DE NUEVOS MATERIALES (COMBATE DE LA

CONTAMINACIÓN POR DESECHOS AGROINDUSTRIALE,

ALTERACIONES ECOLOGÍCAS)

FISICA, QUIMICA, BIOLOGICA, ECONOMICA ,

AGRONOMICA, ECOLOGICA

FIBROSAGRANULAR

PROPIEDADES FÍSICAS

TAMAÑO

FORMA

ESTRUCTURA

SOLIDO

AGUA

AIRE

TAMAÑO DE PARTÍCULAS

Tezontle rojo, cribado a diferentes tamañosJuego de Tamices

Granulometría (Histograma de frecuencias)

0

20

40

60

80

100

>0.25 0.25-0.5 0.5-1 1-2 2-3.4 3.4-4.8 4.8-6.8 6.8-10 <10

% e

n v

olu

men

Tamaño mm

Tezontle rojo (%) Acumulado

La caracterización de peso de las fracciones granulométricas resulta errónea en

una mezcla de materiales con diferentes densidades. En tal caso, el reporte de

la proporción Deberá ser en volumen

Tamaño dominante de partículas

Índice de grosor ( Ig )

Proporción acumulada de partículas mayores a 1 mm Ø

Ejemplo: Tezontle rojo

Ig = 89 % (en volumen) Dm = 4.74 mm

Diámetro medio de partículas mm ( Dm )

Ejemplo de calculo del Diámetro Medio (Dm) de partículas de tezontle rojo

Tamaño

partícula (mm

de Ɵ)

Valor medio

(mm Ɵ)

Vi

Frecuencia (%)

fi vi.fi

0 – 0.25 0.125 2 0.25

0.25 – 0.50 0.375 4 1.5

0.50 – 1.0 0.750 3 2.25

1.0 – 2.0 1.50 3 4.5

2.0 – 3.4 2.70 7 18.9

3.4 – 4.8 4.1 14 57.4

4.8 – 6.8 5.8 67 388.6

Suma 100 473.4

Dm = 4.73 mmDm = 473.4 / 100

Granulometría de cuatro materiales minerales

Tamaño Gránulos

Tezontle Texcoco

TezontleHidalgo Piedra pómez

Mezcla Tezon + Piedra pómez

(mm) Proporción p/p (%) >0.25 10 5 9 8

0.25-0.5 3 1 2 20.5 - 1 9 2 10 51 - 2 10 3 12 92 - 3 14 7 13 133 - 5 20 12 14 205 - 7 7 5 5 11

7 – 10 26 25 20 3110 - 20 1 32 13 1

<20 0 8 1 0

DMP (mm) 4.3 5.4 4.7 2.8Ig 78 79 84 97

Densidad aparente (Da)

Se define como la relación entre el peso seco y el volumen aparente

ocupado por el sustrato húmedo drenado ( 10 cm c.a.)

ORGÁNICOS los valores van desde

0.15 hasta 0.6 g.cm-3

Da= Densidad aparente (g.cm-3 Mg.m-3)

Pss= Peso del sustrato seco

Vc= Volumen del cilindro

MINERALES los valores van desde

0. 7 hasta 1.5 g.cm-3

Vcil.

Ps.s.Da

Procedimiento para la obtención de Densidad aparente (Da)

Porosidad total

Volumen total se representa

mediante la siguiente relación:

Vt=Vs+Vf,

Vt= Volumen total

Vs= volumen de las partículas

solidas

Vf= volumen del espacio vacío, en

estrecha relación con el estado de

humedad,

Vf= Va +Vw,

Va= volumen ocupado por el aire,

Vw= volumen ocupado por el agua.

Volumen del medio

no ocupado por las

partículas solidas

POROSIDAD TOTAL

La porosidad total es una medida del total de espacios vacios en un sustrato Vf

Expresada como la proporción del volumen que no está ocupado por partículas

solidas

Vf = Vt -Vs

Fibra de coco Agrolita Tezontle

OBTENCIÓN DE LA POROSIDAD EN

SUSTRATOS

Sature una muestra del sustrato de aproximadamente 250 g en recipientes de 600 mL. Agregue

agua en pequeñas porciones hasta una ligera sobresaturación. Permita que se sature y use vacio

si es necesario.

Peso del permeámetro (Pp)

Volumen del permeámetro (Vp)

Pese cada permeámetro con la cinta adhesiva que cubren las perforaciones

Llene el permeámetro con agua hasta antes del borde (ponga una marca previamente) y pese el

permeámetro con agua. Esto equivale al volumen del permeámetro : Vp= (Pp+Pa)-Pp

Peso del sustrato saturado (Ps.sat.)

Ps.sat.= (Pp+Ps.s.)-Pp

Peso del sustrato drenado = Ps.d

Volumen poros de aireación (Vai) =

Ps.sa. – Ps.d.

Volumen total de poros = Ps.sat –

Ps.seco

Llene el permeámetro hasta la marca con el sustrato saturado, pasándolo con una cuchara y

permita que se estabilice hasta completa saturación, desalojando agua en exceso o agregue ,

según el caso.

Pese el permeámetro lleno hasta la marca con el sustrato saturado.

Quite la cinta adhesiva para permitir que el agua del sustrato saturado drene libremente.

Pase el permeámetro con el sustrato drenado (incluyendo la cinta): Ps.d.= (Pp+Ps.d.)-Pp

La diferencia entre el Peso de sustrato saturado y el Peso del sustrato drenado es equivalente al

volumen de aireación.

Después de haber drenado seque a peso constante y pese el sustrato (Peso sustrato seco =

Ps.seco)

Reste el Peso del sustrato seco del Peso de sustrato saturado

Cálculos

Porosidad total (%)

Porosidad de aireación (%)

Por. de retención de humedad (%)

%Pt= (Volumen total de poros/Vp)100

%Pai= (Vai/Vp)100

%Prh= %Pt - %Pai

Procedimiento

obtención de Porosidad total (Pt), Porosidad de aireación (Pai) y

Porosidad de retención de humedad (Prh)

%Pt= (Volumen total de poros/Vp)100

%Pai= (Vai/Vp)100

%Prh= %Pt - %Pai

Recipientes alternativos

0

10

20

30

40

50

60

< 0.25 0.25-0.5 0.5-1 1-2.0 2-3.4 3.4-4.8 4.8-6.8 6.8-10 Sin cribar*

% d

e v

olu

me

ne

s

Tamaño de partículas (mm)

Tezontle rojo

%Vol.aire %Vol.agua

La Pai y la Prh son complementarias y están en

estrecha relación con el tamaño de partículas

Aumento en el

tamaño de

partículas

Porosidad de retención

de humedad disminuye

Porosidad de

aireación aumenta

Tamaño de

partícula

Proporción de

partículas

Densidad

aparente

Conductividad

hidráulica Porosidad

(mm Ɵ)% (g/g)

Probeta

L / min

Total aireación Ret. Hum

g / cm3

% en volumen

< 0.25 10 1.5 0.009 45 2 43

0.25 – 0.5 3 1.1 0.118 55 2 53

0.5 – 1 9 0.9 0.136 59 7 52

1 – 2 10 0.8 0.154 59 23 36

2 - 3 14 0.8 0.154 59 39 20

3 - 5 20 0.8 0.218 59 45 15

5 - 7 7 0.8 0.264 59 45 14

> 7 27 0.8 0.300 55 43 12

Sin Cribar 100 1.04 0.145 55 34 21

Influencia del tamaño de partículas en otras características físicas del sustrato

Tezontle rojo, procedencia Texcoco, estado de México

Materiales % Pt %Pai %Prh Da (g.cm-3)

Turba 97 16 81 0.14

Aserrín de pino 94 17 76 0.13

Bagazo de agave 95 32 63 0.17

Paja de avena 84 37 47 0.13

Fibra de coco 87 11 76 0.07

Mezcla * 73 16 57 0.14

Tabique rojo molido 59 20 39 0.85

Tezontle s/cribar (<1 cm) 55 34 21 1.04

Tezontle** 0.5 – 1 mm 59 7 52 0.96

3Tezontle** + 1Compost 71 38 33 0.89

Agrolita 71 33 38 0.1

1Agrolita+1Carbón >2mm Ɵ 71 32 39 0.15

1Agrolita+1Carbón >5mm Ɵ 60 17 42 0.14

* Turba 60% + Agrolita 30% + Corteza de coníferas 10%

Valores de porosidad para diferentes materiales

35.7

32.1

18.1

11.19.4

7.5 7.06.1 5.5 5.5 5.4

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% h

um

vo

lum

etr

íca

Tensión (cm de columna de agua)

CURVA DE RETENCIÓN DE HUMEDAD

Tezontle rojo: Tamaño de partículas = 0.25 – 0.5 mm diám., Da = 0.85 g/cm3

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

% h

um

volu

metr

íca

Tensión (cm de columna de agua)

AND AR ADDAFD

PUNTOS QUE INTEGRAN LA CURVA DE RETENCIÓN DE HUMEDAD

LIBERACIÓN DE AGUA (De Boodt 1974)

CALCULOS CURVA DE LIBERACIÓN DE AGUA

% Material Solido (% MS) = 100 - %Pt

Agua no disponible (AND) = % hv a Saturación - % hv a 10 cm de c.a.

Agua fácilmente disponible (AFD) = % hv a 10 cm c.a. - % hv a 50 cm c.a.

Agua de reserva (AR) = % hv a 50 cm c.a. - % hv a 100 cm de c.a.

Agua difícilmente disponible (ADD) = % hv a 100 cm c.a.

AND = (% Pt X AND) / % hv a saturación

AFD = (% Pt X AFD) / % hv a saturación

AR = (% Pt X AR) / % hv a saturación

ADD = (% Pt X ADD) / % hv a saturación

0 10 50 100

10 41 58 62

CURVA DE LIBERACIÓN DE AGUA

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Vo

lum

en

(%

)

Tensión (cm de columna de agua)

Tensión de : 3 partes de Agrolita + 1 parte de Bagazo de henequén E.P.T

Agua drenada

Aire

Material solido

(A.D.D)

A.R

A.F.D

C. A.

ASTM:

American

Section of the

International

Association for

Testing

Materials

EQUIPO BASICO PARA LA OBTENCIÓN DE LA CURVA DE

RETENCIÓN DE HUMEDAD

Tren de succión para diez muestras

Ordaz/CP- Edafología

OBTENCIÓN DE HUMEDAD VOLUMETRÍCA EN CADA PUNTO DE SUCCIÓN

La retención de agua es función de

la granulometría del sustrato y de la

porosidad que forman y tienen las

partículas que lo componen

Criterios de selección para

los materiales que integran a

un sustrato

Capacidad máxima y mínima para

retener agua

Mantener la humedad en todo el

contenedor

Permitir que circule el aire

Tamaño de partículas y máxima

estabilidad biológica y de disolución

CRITERIOS DE INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Ordaz/CP- Edafología

Dm

mayor a 80 (mm Ɵ)

Tamaño de

partícula (mm Ɵ)

Proporción

(%)

Da(g cm

-3)

Tipos de materiales

Porosidad

% (v/v)

< 0.5 20 ó menos 0.7 – 1.5 Minerales Total > 70

Ig

menor a 3.5

0.5 - 2 60 ó más 0.15 – 0.6 Orgánicos Aire 25 - 40

2 - 10 20 ó menos 0.5 – 0.8 MezclasRetención

de humedad

35 - 55

Tensión

(cm de columna de agua)

% Humedad volumétrica

Epifitas Geofíticas

0 - 10 82 82

10 - 50 65 55

50 - 100 48 27

>100 40 18

Valores propuestos por De Boodt et al., 1974

Contenidos de humedad para dos familias de plantas

CLASIFICACIÓN DE SUSTRATOS SEGÚN SU

CAPACIDAD DE RETENCIÓN DE AGUA

CLASE

Agua no disponible (AND) Agua fácilmente disponible

(AFD)

0 – 10 cm de c. a. 10 – 50 cm de c.a.

% hv

I 0 – 10 >30

II 10 – 20 >20

III 20 – 30 >15

IV 30 – 40 >10

V >40 >5

Adaptado de Verdonck et al., 1984, citado por Burés, 1997

Ordaz/CP- Edafología