agua en el suelo
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Introducción
El suelo es un sistema natural que consta de una o más
sustancias y de una mezcla de interacciones entre sus
tres fases la sólida de las partículas del suelo, la
fase líquida del agua y fase gaseosa del aire.
La fase sólida puede ser mineral u orgánica; la mineral
está compuesta por partículas de distintos tamaños,
formas y composición química; la orgánica está compuesta
por residuos vegetales en diferentes etapas de
descomposición y organismos en estado de vida activa.
Por su parte, la fase líquida está constituida por el
agua en el suelo con sustancias en solución y ocupa una
parte o la totalidad de los poros entre partículas
solidas.
EL AGUA EN LOS SUELOS
Con la excepción de las regiones extremadamente áridas,
el agua es siempre un componente del suelo, encontrándose
en éstos en forma de humedad intergranular o como hielo
(suelos tipo permafrost), en mayor o menor abundancia en
función de factores diversos. Debido a la propia dinámica
del suelo, el agua siempre contiene componentes diversos
en solución, y ocasionalmente también en suspensión, si
bien la ausencia de una dinámica de consideración
minimiza este último componente.
En función de la naturaleza y textura del suelo el agua
puede encontrarse bien como fase libre, móvil en el suelo
(en suelos con altas porosidades y permeabilidades), o
bien como fase estática (ab/ad sorbida), en los suelos de
naturaleza más arcillosa. En el primer caso el agua podrá
tener una cierta dinámica, que mantendrá una cierta
homogeneidad composicional, mientras que en el segundo
caso podrán darse variaciones composicionales más o menos
importantes.
El agua en el suelo suele tener una dinámica
bidireccional: el agua de lluvia o de escorrentía, por lo
general poco cargada en sales (aunque no siempre), se
infiltra desde superficie, y puede producir fenómenos de
disolución, hidrólisis y/o precipitación de las sales que
contiene.
Por ejemplo, el CO2 atmosférico induce la formación de
ácido carbónico: CO2 + H2O ® H2CO3, que a su vez induce
la disolución de carbonatos: CaCO3 + H2CO3 ® Ca2+ +
2HCO3-. En épocas secas se produce el fenómeno inverso, y
las aguas contenidas en los acuíferos tienden a subir por
capilaridad o por gradiente de humedad hasta la
superficie, donde se produce su desecación, de forma que
durante este proceso de ascenso tienden a perder por
precipitación las sales que contienen en disolución.
Este proceso puede tener consecuencias desastrosas
cuando interviene la mano del hombre, por ejemplo con
irrigación de suelos en zonas áridas-semiáridas, con
consecuencias de salinización extrema. Ejemplos
dramáticos de estos fenómenos se encuentran en algunas
regiones de Australia y se están comenzando a observar en
Almería debido a la descontrolada actividad agrícola.
COMPOSICIÓN
La composición del agua contenida en el suelo, en cuanto
a su contenido en sales solubles (bicarbonatos,
carbonatos, sulfatos, cloruros) estará condicionada, como
la mineralogía, por factores de la litología del suelo y
su entorno, y por factores climáticos.
La proximidad de explotaciones mineras de minerales
metálicos sulfurados condicionará por lo general un alto
contenido en sulfatos, y a menudo en metales pesados.
FACTORES QUE INTERVIENEN
Clima
En todos los lugares, las lluvias varían con la estación
del año, la frecuencia dentro de la estación, la media
durante un periodo sub-estacional dado, la confiabilidad
anual de ocurrencia en una época, la cantidad real y el
promedio en cada período semejante y la cantidad e
intensidad/energía dentro de cada evento de lluvia.
Mientras menor sea la confiabilidad de las lluvias para
un período dado, mayor es el riesgo que haya o no
suficiente agua para la producción agrícola.
La evaporación es lo que ocurre cuando un recipiente
lleno de agua queda al sol; el agua desaparece al
convertirse en vapor de agua; mientras más alta sea la
temperatura, más seco y con mayor velocidad el aire,
mayor será la velocidad de evaporación. La evaporación
ocurre dondequiera que el agua esté expuesta a la
atmósfera o sea, lagos, ríos y pantanos y desde las gotas
de agua que se acumulan en las hojas después de las
lluvias.
La evaporación desde la superficie del suelo ocurre
cuando la concentración de vapor de agua en el suelo
cerca de la superficie es mayor que la concentración en
la atmósfera inmediatamente superior. El vapor de agua se
moverá desde el suelo hacia la atmósfera en un intento de
igualar las concentraciones. Cuanto más seca y caliente
esté la atmósfera comparada con la superficie del suelo,
mayor será la velocidad de evaporación desde el suelo,
mientras que suficiente agua puede ser suministrada a la
superficie por el movimiento capilar. Los suelos de
textura fina tienen abundantes poros pequeños, y por eso
se producirá mayor movimiento capilar de agua hacia la
superficie; generalmente ocurre en mayor proporción en
los suelos de textura fina que en los de textura gruesa.
La evaporación es por lo general mayor en suelos
descubiertos que en suelos cubiertos.
Los vientos transversales a la superficie de la tierra
causan macro y microturbulencias alrededor de las
plantas, lo que resulta en un cambio constante del
contenido de vapor de agua en sus inmediaciones. Además
de la pérdida de humedad del suelo, el viento arrastrará
partículas de materia orgánica y suelo que no están
unidas entre si lo que resulta en una pérdida de
fertilidad.
Propiedades del suelo
Los períodos de sequía dentro de un año particular pueden
ocurrir bajo diversas formas: como una demora en la
iniciación de las lluvias o como períodos secos de una
semana o más en los momentos críticos del crecimiento de
los cultivos dentro de la estación o como un final de la
temporada de lluvias más temprano de lo esperado.
El contenido de humedad del suelo varía (además de la
influencia del clima) con el tipo, la profundidad y la
cantidad de materia orgánica del suelo.
Para la óptima captación, percolación, almacenamiento y
uso de la humedad del suelo, son importantes que estén
presentes tres capacidades físicas:
• La capacidad de permitir que el agua entre, o sea la
infiltración
• La capacidad para permitir que el agua se mueva
fácilmente a través del perfil, o sea la permeabilidadla
capacidad para almacenar la humedad adquirida en la zona
radical y liberarla a las raíces de la planta, o sea la
capacidad de retención del agua.
Muchos poros interconectados de un amplio rango de
dimensiones, particularmente en la superficie del suelo,
maximizarán la infiltración y reducirán la escorrentía,
incrementando el agua disponible en el suelo.
Los suelos con vegetación natural generalmente tienen
gran porosidad debido a la alta actividad biológica y a
la ausencia de interferencias con el hombre. Por
consiguiente, tienen cualidades físicas superiores a la
mayoría de los suelos usados para cultivos o pastos.
Los espacios de poros en los suelos varían en
dimensiones, y tanto la dimensión como la continuidad de
los poros tienen una importante influencia en los tipos
de actividades que ocurren en los poros. La Tabla 1
muestra las dimensiones de los poros de diferentes
medidas junto con su descripción y funciones.
Los poros de dimensiones de 0,0002 a 0,05 mm de diámetro
retienen agua que puede ser absorbida por los cultivos y
son conocidos como poros de almacenamiento, en tanto que
los poros más pequeños (poros residuales) retienen
fuertemente el agua y no permiten su extracción por las
plantas. Los poros mayores de 0,05 mm de diámetro, o
poros de transmisión, permiten que el agua drene a través
del suelo y posibilitan la entrada de aire a los poros,
así como el drenaje del agua. Esta es la razón por la
que, por ejemplo, los suelos arcillosos pueden retener
más agua que los suelos arenosos.
El movimiento del aire y el agua es afectado por la
estructura del suelo: la conformación geométrica del
suelo y la textura del suelo son los materiales que
forman el suelo.
En muchos suelos el número de poros superficiales es
reducido rápidamente por el impacto de las gotas de la
lluvia, la cual rompe los agregados del suelo
superficiales en pequeñas partículas que cierran los
poros de la superficie y forman sellos superficiales o
costras con muy pocos poros. Esto genera escorrentía por
encima de la superficie cuando la tasa de lluvia caída
excede la tasa de infiltración.
Este sellado ocurre debido a que los espacios o poros
originales en el milímetro superior de la superficie se
han destruido para convertirse en espacios vacíos mucho
más pequeños.
Estos se saturan con agua casi inmediatamente y a través
de los mismos, el agua de lluvia que ingresa, puede
moverse solo en forma más lenta que antes, si es que en
realidad se puede mover. La acción destructiva de la gota
de agua de lluvia se evita cuando hay una cubierta
protectora de follaje de cultivos, residuos, mantillos o
incluso malezas en o sobre la superficie del suelo.
Topografía
Las formaciones geológicas subyacentes, junto con los
procesos climáticos y de levantamiento, afectan la forma
de los paisajes; tienen influencia sobre las formas
empinadas y poco profundas de las pendientes.
El agua captada por una cuenca fluirá hacia los puntos
más bajos en su desembocadura, donde se pueden juntar
aguas que emergen de otras cuencas. Los límites más
alejados de la cuenca son definidos por las líneas a lo
largo de las crestas de las tierras altas que la rodean.
Desde los lados de un valle la escorrentía superficial
tiende a fluir perpendicularmente a la pendiente, desde
la cresta hasta la trayectoria de la corriente.
La superficie del suelo divide la lluvia entre
infiltración y escorrentía. Mientras mayor sea la
proporción de agua de lluvia perdida por escorrentía
menor será la proporción de agua que se podrá convertir
en humedad del suelo y agua subterránea.
A fin de lograr que el agua sea absorbida por el suelo y
controlar la velocidad del flujo de cualquier exceso de
escorrentía, es posible subdividir una cuenca dada en una
jerarquía de cuencas más detallada. Las subdivisiones más
pequeñas pueden ser medidas en centímetros cuadrados, las
más grandes en hectáreas y dentro de las cuencas en
kilómetros cuadrados. El desafío clave es como manejar
mejor esto para que la escorrentía superficial evitable-
que representa la pérdida potencial de humedad del suelo
y agua subterránea- no ocurra.
Cobertura del suelo
Una cobertura de suelo muerta o viva absorbe la mayoría
de la energía de las gotas de agua de lluvia que caen
sobre ella y con el tiempo esta agua de lluvia alcanza el
suelo; en estas condiciones su capacidad para desintegrar
los agregados del suelo y desprender las partículas finas
es enormemente reducida. Por consiguiente, hay poco o
ningún sellado de los poros de la superficie del suelo
por las partículas desprendidas y poca deposición de las
partículas del suelo que pueden formar una costra en la
superficie.
Los contactos físicos entre la cobertura y la superficie
del suelo obstruyen el movimiento de la escorrentía, que
desciende lentamente, dando más tiempo para la
infiltración y, por lo tanto, reduciendo el volumen de la
escorrentía. Hay dos aspectos de la cobertura de
superficie que deben ser distinguidos: x toda la
cobertura sobre la superficie absorbe la energía de las
gotas de agua de lluvia y así previene la pérdida de
espacios de poros dentro de los cuales puede infiltrarse
el agua; x el contacto de la cobertura con el suelo
reduce la escorrentía, dando más tiempo a la
infiltración.
El grado del contacto de la cobertura es importante
especialmente en las pendientes inclinadas, en suelos con
velocidades de infiltración naturalmente bajas, y en
suelos degradados con costras superficiales o sellados de
baja porosidad. Los efectos de conservación de los
bosques son debidos no tanto a la presencia de los
árboles, sino por la capa de hojas caídas, ramas grandes
y pequeñas y cualquier vegetación de bajo crecimiento. Si
la superficie del suelo no ha sido dañada por el pisoteo
del ganado, se escurrirá menos agua de lluvia y se
infiltrará más dentro del suelo.
Además, la cobertura que hace contacto con el suelo es
inmediatamente accesible a los macroorganismos del suelo
y puede estimular su actividad. De esta forma,
probablemente se forma un mayor número de bioporos,
llevando a una más rápida infiltración y percolación.
Esta es la razón por la cual la extracción de la
cobertura vegetal y las alteraciones principales del
suelo, tales como la labranza o la incorporación de
residuos, mantillos u otras materias orgánicas, reducen
drásticamente esos efectos positivos dejando un suelo
descubierto vulnerable a los impactos de las gotas de
agua de lluvia, y la consiguiente escorrentía y erosión.
IMPORTANCIA
El agua en el suelo tiene una importancia considerable;
por una parte interviene en la nutrición de las plantas,
directa e indirectamente. Actúa como vehículo de los
elementos nutritivos disueltos y, por otra parte, es uno
de los principales papeles de la edafogenesis, que
condiciona la mayoría de los procesos de formación del
suelo.
CONTENIDO DEL AGUA EN FUNCION DEL PESO
La humedad también puede ser expresada con base en peso,
así:
PW
W(%)= PSS = 100 7
Donde:
Pw: Peso del agua que contiene el suelo.
Pss: Peso del suelo después de haber sido sometido a
secado en el horno a una temperatura entre 105-110 o C,
durante 24 horas.
La relación entre el contenido de humedad con base en
peso y el contenido de humedad con base en volumen es la
siguiente:
Donde:
ρa: Densidad aparente del suelo,
ρw: Densidad del agua, ρea: Densidad específica aparente
(adimensional), al tomar la densidad del agua igual a 1
gr/cm3 , el valor es numéricamente igual al de la
densidad aparente del suelo.
Los conceptos anteriores son muy útiles en la Ingeniería
de Riegos, porque permiten conocer la cantidad de agua
que se debe aplicar en un momento dado a un suelo para:
Lam =W x (ρa/ρw) x P
Lam1 =0.25(1.30)0.15 m=0.048 m=48mm
9
Lam2 =0.35 (1.30)0.15 m=0.068 m=68mm
Lam2 - Lam1 = 0.020 m = 20 mm
pasar de un contenido de humedad a otro
El contenido de humedad en base a peso, es la forma
típica de expresar el contenido de agua de un suelo.
Para su determinación se toman muestras de suelo, se
pesan y luego se secan en una estufa a temperatura de
105 °C durante 24 horas. Las muestras secas se pesan de
nuevo para obtener el peso seco. El contenido de humedad
será:
CONTENIDO DEL AGUA EN FUNCION DEL VOLUMEN
El suelo se comporta como un depósito, al cual se le
puede determinar la cantidad de agua almacenada en un
cualquier momento. El contenido de humedad del suelo con
base en volumen se expresa como:
VW
θ(%)= VR = 100 5
Donde:
θ: Es el contenido de humedad con base en volumen en
porcentaje decimal.
Vw: Es el volumen ocupado por el agua
Donde:
Lam: Lámina de agua en el suelo (mm).
P: Profundidad del suelo.
Θ = A x B x Lam A x B x P
Lam = Θ x P
La expresión lámina es muy usada en la Ingeniería de
Riegos y corresponde a la altura (Lam) que tendría el
agua en el suelo en el diagrama hipotético de los
componentes del suelo.
Otra manera de expresar la humedad del suelo es como un
volumen. Esto se basa en la consideración de que el agua
en el suelo ocupa un volumen del mismo un esquema de la
conceptualización del volumen de agua en un suelo. Puede
observarse que el perfil del suelo se considera como un
cubo en el cual se presentan los tres componentes
principales del suelo: el aire, el agua y el suelo en sí.
El espacio ocupado por el agua y el aire es el espacio
poroso o porosidad. Una muestra de suelo tomada en el
campo contiene esos tres componentes; al determinar la
cantidad de agua en base a peso, no se puede determinar
qué volumen del suelo es ocupada por el agua.
RELACIÓN ENTRE LA HUMEDAD Y LA TENSIÓN DE AGUA EN EL
SUELO
Cuando el suelo el suelo tiene un contenido de humedad
determinado, el agua se encuentre llenando los poros más
pequeños, por cuanto los grandes son los primeros que se
vacían debido a que estos poros retienen el agua a menor
presión.
Hay presencia de dos tipos de fuerzas que ayudan al suelo
a retener el agua. Una de estas lo constituye la
atracción que se ejerce desde las superficies de las
partículas del suelo para con las moléculas de agua,
conocida como Fuerzas de Adhesión, y la otra, es la
atracción que existe entre las moléculas de agua,
denominada Fuerzas de Cohesión.
Estas fuerzas actúan conjuntamente y hacen posible que
las partículas del suelo retengan el agua y a su vez
controlen su movimiento y utilización. Usualmente para
medir la fuerza con la que el agua es retenida en el
suelo, se utilizan las unidades de presión, expresadas en
pascales Pa o múltiplos del mismo. También se expresa en
cm ó mm de columna de agua.
Las moléculas de un líquido sufren atracción entre sí por
las fuerzas de Van der Waals. Cuando un líquido tiene una
superficie libre de contacto con otro líquido, las
moléculas de la superficie sufren una compresión que se
opone a incrementar el área de dicha superficie. Este
fenómeno se llama tensión superficial, y se debe a la
desigualdad de las fuerzas de atracción a que queden
sometidas las moléculas en la superficie de contacto
entre líquido y líquido que son mayores de un lado que de
otro. La tensión superficial se expresa en dinas/cm.
Además, posee la tensión superficial más elevada de todos
los líquidos comunes. Esto significa que dividir o
modificar la superficie de una gota requiere una fuerza
de considerable magnitud. Esta elevada tensión
superficial da al agua una capacidad erosiva grande.
Un suelo es hidrofílico cuando las Fuerzas de adhesión
(Agua-Suelo) > Fuerzas de Cohesión (Agua- Agua) > Fuerzas
de Adhesión (Suelo- Aire). Esto implica que el ángulo de
contacto entre el Suelo y el Agua es agudo y podrá mojar
el suelo.
Los suelos hidrofóbicos son afectados por algunas
sustancias orgánicas que cubren los agregados
superficiales del suelo, tal como lo constituyen la
formación de costras de algas (Lal and Shukla, 2004)
EL AGUA DESDE EL PUNTO DE VISTA AGRÍCOLA Y FÍSICO
La productividad de las tierras de regadío es
aproximadamente tres veces superior a la de las de
secano. Más allá de este dato global, existen muchas
razones para destacar la función del control de los
recursos hídricos en la agricultura. La inversión en la
mejora de los regadíos supone una garantía frente a las
variaciones pluviométricas y estabiliza la producción
agrícola, impulsando la productividad de los cultivos y
permitiendo que los agricultores diversifiquen su
actividad. Ello tiene un reflejo en un incremento y una
menor volatilidad de los ingresos agrícolas.
La agricultura es el uso que mayor demanda del agua
supone a nivel mundial. El riego de tierras agrícolas
supone la utilización del un 70% de los recursos hídricos
en el mundo. En los países en vías de desarrollo, muchas
veces el agua utilizada para regadío represente el 95%
del total de usos del agua, y juega un papel esencial en
la producción y seguridad de los alimentos. A largo
plazo, el desarrollo y mejora de las estrategias
agrícolas para estos países esta condicionado al
mantenimiento, mejora y expansión de la agricultura de
regadío.
Por otra parte, el incremento de la presión sobre los
recursos hídricos para la agricultura compite con el uso
del agua para otros fines y representa una amenaza para
el medio ambiente y utilización insostenible de los
recursos hídricos del planeta.
El agua es un recurso que puede crear tensiones y
conflictos entre países que comparten este recurso a
través de sus ríos situados en las zonas de cabecera o
partes intermedias a lo largo del río. El agua de regadío
es uno de los usos que mayor competición con respecto a
otros sectores, y supone el 70-90% del uso del agua en
ciertas regiones.
CONCLUSION
El contenido de agua o humedad es la cantidad de agua
contenida en un material, tal como el suelo la humedad
del suelo, las rocas, la cerámica o la madera medida en
base a análisis volumétricos o gravimétricos.
Esta propiedad se utiliza en una amplia gama de áreas
científicas y técnicas y se expresa como una proporción
que puede ir de 0 completamente seca hasta el valor de la
porosidad de los materiales en el punto de saturación.
El agua en el suelo
Bachilleres
JUAN C. MEJIAS 23.594.388
YENNY C. TORO 29.556.150
FRANCILIN SULBARAN 24.537.9
98YOLEIDA BRICEÑO 23.780.4
64PROF. ATAGUALPA G.
ING. AGRONOMICA
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA
Gardner W.H.1986. Métodos de análisis práctico del suelo
Hillel, D.1980. Fundamentos de la física del suelo.
Mac Laren, R. G., K.C.Cameron.1994. Ciencia del Suelo.
Porta J., M. López Acevedo y C. Roquero. Edafología para
la Agricultura y el Medio Ambiente.
ANEXOS
