Propiedades de suelo y su función

en el almacenamiento de agua

Oscar Seguel S.

Superficie del suelo

Sección de control

Límite inferior

Es

R

S

Los componentes del balance de agua y energía

Allen et al. Documento FAO Nº56 (Crop evapotranspiration)

ETc = Kc ETo

Allen et al. Documento FAO Nº56 (Crop evapotranspiration)

P + R F Es S = ETc

Allen et al. Documento FAO Nº56 (Crop evapotranspiration)

Textura

Hidrómetro de Bouyoucos

Pipeta

Tamizaje

Densidad Aparente: Masa del suelo (seco) en el volumen total de suelo (sólidos+espacio poroso).

CilindroTerrón

Excavación

(Casanova, M. et al. 2013. The Soils of

Chile. Springer. 185 p.)

Densidad aparente: Método del cilindro

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 1 2 3 4 5

Tensión (log hPa)

Ag

ua

(c

m3 c

m-3

)

TestigoGuano superficialGuano mezclado con suelo

Retención de agua

Descripción energética del agua del suelo

Plato: 0 - 3.000 kPa

Olla: 0 - 100 kPa

Datos de Retención & Curva ajustada

0

10

20

30

40

50

0 1 10 100 1000 10000 100000

Con

ten

ido d

e agu

a (

%)

Presión aplicada

Potencial mátrico (kPa)

La lógica funciona con los suelos de una

región (Casanova, M. et al. 2013. The soils of

Chile) y con los suelos dentro de un

mismo cuartel.

Retención de agua según clase textural

Clase textural CdeC (%) PMP (%)

a 9 (6-12) 4 (2-6)

Fa 14 (10-18) 6 (4-8)

F 22 (18-26) 10 (8-12)

FA 27 (23-31) 13 (11-15)

Aa 31 (27-35) 15 (13-17)

A 35 (31-39) 17 (14-19)

CC = 0,5905x + 12,904

R2 = 0,7957

PMP = 0,2909x + 6,0648

R2 = 0,7537

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50

Arcilla (%)

Ag

ua

(%

bm

)

(H. M. Taylor and G. S. Brar. 1991. Effect of soil compaction on root development. Soil & Tillage Research 19: 111-119).

Resistencia mecánica

(Casanova, M. et al. 2013. The Soils of Chile.

Springer. 185 p.)

Resistencia a la Clase

penetración (MPa)

<0,1 Baja

0,1 a 2 Media

2 a 8 Alta

> 8 Muy Alta

(Díaz, 2013)

0

50

100

150

200

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Infi

ltra

ció

n a

cu

mu

lad

a (

cm

)

TestigoAvena

EstiércolEstiércol+mostaza

Capacidad de flujo (agua, aire)

Tratamiento VI estabilizada (cm h -1

)

Testigo 14,6 c

Avena 24,5 bc

Estiércol 24,0 b

Estiércol + mostaza 32,8 a

VI (cm h-1

)

<0,1 Muy lenta

0,1 a <0,5 Lenta

0,5 a <2,0 Moderadamente lenta

2,0 a <6,3 Moderada

6,3 a <12,7 Moderadamente rápida

12,7 a <25,4 Rápida

>25,4 Muy rápida

¿y la textura?

(Casanova, M. et al. 2013. The Soils of Chile)

La relación de los cationes y la mineralogía….

Dominancia de cargas negativas en la lámina de arcilla: Capacidad de Intercambio Catiónico

Coloide de arcilla

(Proporcionalmente, esto

podría ser 1 μm)

CIC depende de:

• Cantidad de arcillas y materia

orgánica (coloides)

• Tipo de mineral de arcilla

presente

Saturación de bases

“cationes básicos”

(Ca+2,Mg+2, Na+, K+, NH4+)

“cationes ácidos”

(H+, Al3+)

100,...,,, 4

22

CEC

NHKMgCationBaseSaturaSB

CIC

Na+

• Concentración del ion H+ en la solución suelo.

• Si la concentración de iones H+ en una solución es de 0,00003 mol/L, entonces el pH es :

• pH = -log (0,00003) = -(-4,5) = 4,5

• pH = 4,5

• 1 mol de H+ = 1 gramo

Reacción del suelo - pH

Medición del pH del suelo

• 1. Indicadores o método colorimétrico

• 2. Método potenciométrico

• 2.1 Suspensión en agua destilada

• 2.2 Suspensión en solución de CaCl2 0,01 M

• 2.3 Suspensión en solución de KCl 1 M

Mezclas suelo- agua

1:1 1:2 1:2.5 1:5 1: 10

Retención de cationes

• Serie liotrópica:

pH = 5

- Al3+

- H+

- H+

- H+

- NH4+

+ NO3-

pH = 8.5

- Na+

- Na+

- Na+

- Ca2+

- NH4+

- Ca2+

La disponibilidad de nutrientes depende de los otros cationes

y de las condiciones de precipitación

Fuerte débil

H+ Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ = K+ > Na+

Suelos afectados por sales

• Contenido de sales solubles (ppm)

• Porcentaje de sodio intercambiable (PSI)

• Relación de adsorción de sodio (RAS)

– Se estima mediante algoritmo que considera contenidos de Ca, Mg, Na (int)

• Contenido de elementos tóxicos (Boro, Cloruro, Sodio)

Contenidos de sales en los suelos

Muy tolerantes (cebada)16

Solo tolerantes (trigo, remolacha)8-16

Disminución de rendimiento. En

muchos cultivos (maíz)

4-8

Pueden disminuir rendimientos de

cultivos muy sensibles

2-4

Efecto de la salinidad despreciables

(porotos)

0-2

Respuesta de

cultivos

Salinidad (CE, dS/m)

Porcentaje de Sodio intercambiable

• Se considera crítico PSI > 15%

CIC

NaPSI

Relación de adsorción de sodio

• El Calcio tiene un efecto contrario sobre la dispersión del suelo. Favorece los enlaces

• El Sodio tiene un efecto dispersante

2

22

MgCa

NaRAS

Se considera crítico RAS > 13

FASE GASEOSA

FASE LÍQUIDA

FASE

SÓLIDA

Ma

Mw

Ms

Mt

Va

Vw

Vs

Vt

Vf

BALANCE HÍDRICO DEL SUELO

Conceptos de contenido de agua, densidad aparente, porosidad…..

Régimen

hídrico

Condición de aireaciónCondición térmica

Condición mecánica

Métodos directos

• Gravimétrico (basado en la masa):

Masa agua / Masa suelo [g g-1]

• Volumétrico (basado en el volumen):

Volumen agua / Volumen de suelo [cm3 cm-3]

Métodos indirectos

Con

tenid

o d

e a

gua

Tensión ()

C d

e C

PM

P

Agua aprovechable

Arcilloso

arenoso

La Curva Característica del suelo y su relación con el

suministro de agua para los vegetales

Cantidad de agua almacenada por el suelo

• Profundidad

• Textura

• Estructura (compactación)

• M.O.

• Capas limitantes (NF, discontinuidades)

• Pendiente

• Gravas

(Shaxon et al., 1989)

Resistencia

Mecánica

Aireación

pobreRango de agua no

limitante para el

desarrollo vegetal

Contenido de agua

Capacidad

de campo

Resistencia Mecánica Aireación pobreRango de agua

no limitante

para el

desarrollo

vegetal

Contenido de agua

Resistencia Mecánica Aireación pobre

Contenido de aguaAumento de

compactación

SEQUÍACantidad (monto, momento)

Eficiencia de uso

• Aumentar productividad por unidad de agua

• Disminuir pérdidas de agua desde el suelo

• Incrementar el uso efectivo de agua

Manejo del suelo para

mejorar relaciones hídricas

¿Hasta qué punto podemos hacer (ab)uso de la tecnología de suelo?

Resistencia bajo la zona arada en un

campo con monocultivo de maíz.

Efecto de la MO en la estabilidad estructural

(Brady and Weil. 2000)

Alta MO Baja MO Alta MO Baja MO

ANTES DE HUMEDECER DESPUÉS DE HUMEDECER

Disponibilidad de agua en el suelo (aumenta)

Capacidad CampoPMP

Saturación

Agua Gravitacional

Agua Higroscópica

Agua capilar

Agua

gravitacional

No disponible Disponible

Retención de agua

Agua disponible o aprovechable

•Capacidad de campo 33 kPa

•Marchitez permanente 1500 kPaAgua aprovechable

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 1 10 100 1000 10000 100000

Potencial del agua del suelo (kPa)

Con

ten

ido d

e agu

a (

cm

3/c

m3)

Capacidad de campo

Agua en macroporos

Agua en microporos

y = 1.0193x - 0.9213

R2 = 0.964

0

10

20

30

40

50

0 20 40 60

Agua terreno (%)

Ag

ua -

33 k

Pa (

%)

CC = 0,5905x + 12,904

R2 = 0,7957

PMP = 0,2909x + 6,0648

R2 = 0,7537

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50

Arcilla (%)

Ag

ua

(%

bm

)

OJO: Criterios de frecuencia y monto de riego

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150

Tiempo (min)

Inf.

ac

um

ula

da

(c

m)

T1 T2

T3 T4

T5 T6

T7

ºººº

En suelos pedregosos, necesariamente se requiere el uso

de enmiendas sólidas.

Tratamiento Da CC PMP

(Mg/m3) (% base volumen)

T1 Testigo (sin enmienda) 1.39 25.6 12.9

T2 25 m3 / ha de guano 0.80 31.8 18.9

T3 50 m3 / ha de guano 0.75 32.9 24.8

T4 100 m3 / ha de guano 0.50 39.0 29.6

T5 4 m3 / ha de compost 1.07 32.5 18.6

T6 8 m3 / ha de compost 0.94 32.1 21.5

T7 12 m3 / ha de compost 0.86 34.6 24.2

25 m3·ha

-1 guano 50 m

3·ha

-1 guano 100 m

3·ha-

1 guano

4 m3·ha

-1 compost 8 m

3·ha

-1 compost 12 m

3·ha

-1 compost

Testigo

Efecto en el crecimiento de raíces:

Nº de raíces por dm2

-50

-40

-30

-20

-10

0

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

PDR (cm3 cm-3)

Pro

fun

did

ad

(cm

)

Testigo

Rotación 1

Guano

Rotación 2 -50

-40

-30

-20

-10

0

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

PAU (cm3 cm-3)

Pro

fun

did

ad

(cm

)

Testigo

Rotación 1Guano

Rotación 2

y = 6,5549x - 32,197

R2 = 0,7661

0

20

40

60

80

6 8 10 12 14

Poros gruesos (>10 μm, %)

Flu

jo a

ire (

cm

h-1

)

T1

T2

T3

T4

0

50

100

150

200

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Infi

lt. acu

mu

lad

a (

cm

) Testigo

Avena

Estiércol

Estiércol+mostaza

(T1)

(T2)

(T3)

(T4)

0

2

4

6

8

2007-2008 2008-2009 2009-2010

Temporada

Ren

dim

ien

to (

kg

pla

nta

-1)

T1 T2

T3 T4

NS

NS

aab

ab

b

(Valenzuela, 2012)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 1 2 3 4 5

Tensión (log hPa)

Ag

ua

(c

m3 c

m-3

)

TestigoGuano superficialGuano mezclado con suelo

En suelos de textura fina, las opciones de enmienda son

mayores, pero no existe una que destaque por sobre las otras.

(Suelo franco arcilloso en Copiapó, muestras superficiales. Bajo 20 cm

de profundidad el efecto desaparece).

C de C

-100

-80

-60

-40

-20

0

10 20 30 40 50

Agua (%bv)P

rofu

nd

idad

(cm

)

Testigo

RotaciónGuano

Batea

Contenido de agua después de un riego

y = -0,173x + 27,8

R2 = 0,9912

20

21

22

23

24

25

0 10 20 30 40

Agua (%)

Tem

pera

tura

(ºC

)TestigoCultivo 1EstiércolCultivo 2

Días antes y después de pinta

28 D

AP

27 D

AP

26 D

AP

24 D

AP

23 D

AP

22 D

AP

21 D

AP

19 D

AP

18 D

AP

17 D

AP

16 D

AP

12 D

AP

11 D

AP

10 D

AP

9 D

AP

8 D

AP

7 D

AP

6 D

AP

5 D

AP

4 D

AP

3 D

AP

2 D

AP

PIN

TA

1 D

DP

2 D

DP

3 D

DP

4 D

DP

5 D

DP

7 D

DP

8 D

DP

10 D

DP

11 D

DP

12 D

DP

13 D

DP

14 D

DP

15 D

DP

16 D

DP

17 D

DP

18 D

DP

19 D

DP

21 D

DP

22 D

DP

Conte

nid

o d

e a

gua (

%bv)

0

5

10

15

20

25

30PINTA

T1 T2 T3

T1

T2

T3

umbral de riego T2 CDC

Monitoreo como criterio de riego

CdeC

Riegos

T1: Criterios fisiológicos de la planta; T2: Según agua del suelo; T3: Criterio del campo

Pro

ducc

ión

(kg

* ha-1

)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

a

aa

b

aa

b

b

a

T1 T2 T3 T1 T2 T3 T1 T2 T3

Producción total Producción comercial descarte (por color y forma)

(a)

Fechas de cosecha

19/01/10 28/01/10

Fru

ta c

osec

hada

(%)

0

20

40

60

80

100

T1

T2

T3

a

a

a

a

b

b

(b)

T1: Criterios

fisiológicos de la

planta

T2: Según agua del

suelo

T3: Criterio del campo

Cuadro 3. Eficiencia del uso del agua de riego (EUAr) para distintos tratamientos de riego, expresado en kg•m-3 de producción total y exportable.

Tratamiento* Producción total

Cantidad de agua EUAr prod. total EUAr prod. exportable

utilizada

(kg•ha-1) (m3•ha-1) (kg•m-3) (kg•m-3)

T1 20.997 4.552 4,6 4,5

T2 23.589 2.703 8,7 8,3

T3 30.663 5.833 5,3 3,0

Cuadro 2. Cantidad de agua utilizada en el ensayo, peso de poda,calibre de baya y sólidos solubles al momento de la cosecha.

TratamientoAgua

utilizada Peso de

poda Calibre de

baya

Sólidos

solubles

m3•ha-1 kg/planta mm °Brix

1 4.552 1,2 ± 0,1a 23,2 ± 0,10a 19,2 ± 0,36a

2 2.703 1,3 ± 0,2a 23,7 ± 0,13b 18,5 ± 0,18a

3 5.833 2,0 ± 0,7a 24,2 ± 0,19c 19,1 ± 0,55a

T1=criterio fisiológico; T2= criterio suelo; T3= testigo campo.

CE alta

(5 dS/m)

-180 kPa

CE baja

(1 dS/m)

-36 kPa

o

¿Y cuál es el efecto de las sales en el suelo?

0

10

20

30

40

50

T0 Y Ca Cp H

Tratamientos

PSI

(%

)

PSI (20 cm)

PSI (40 cm)Suelo original: PSI 40%; CE 6,7 dS m-1

(Jebary, 2014)

T0 : Testigo, suelo sin enmienda.

Y : Suelo con Yeso en dosis de 3,2 ton ha-1.

Cp : Suelo con compost en dosis de 7,5 ton ha-1.

Ca : Suelo con óxido de Ca en dosis de 80 kg ha-1.

H : Suelo con ácido húmico en dosis de 30 kg ha-1.

0

20

40

60

80

100

T0 Y Ca Cp H

Tratamientos

Re

sist

en

cia

cost

ra (

Nt)

0.0

0.1

0.2

0.3

0 2 4 6

Tensión (hPa)

VI (c

m m

in-1

)

T0

Y

Ca

Cp

H

Gracias por su atención

Palto Alfalfa

Poroto Uva

Avena Espárrago

0

0,5

1

0 2 4 6 8 10 12 14

CEe (dS m-1

)

Re

nd

imie

nto

re

lati

vo

umbral

0

0,5

1

3 4 5 6 7 8 9 10 11

pH

Pro

du

cció

nFunciones de producción

0

0,5

1

Prof. efectiva

Ca

lida

d (

res

pu

es

ta d

el c

ult

ivo

)

Excluy. Limitante Óptimo

0

0,5

1

W6 W5 W4 W3 W2 W1

Clase de drenaje

Cali

dad

exclu

ye

nte

excluyente

exclu

ye

nte

excluyente

limitantelimitante

0

0,5

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Pedregosidad

Re

nd

imie

nto

re

lati

vo

0

0,5

1

0 20 40 60

Arcilla

Ren

dim

ien

to r

ela

tivo Déficit

hídrico

Déficit de

oxígeno

Texturas

francas