Relación suelo-agua

PLANIFICACIÓN Y MANEJO DEL
AGUA EN LA AGRICULTURA
IRRIGADA
Relación suelo-agua
Roberto P. Marano
Retención de agua
La matriz del suelo retiene
agua por dos mecanismos:
* el agua puede ser
adsorbida a las partículas;
* el agua puede ser mantenida
en los poros por capilaridad
Cuando el agua entra en el
suelo, el movimiento rápido
ocurre en poros grandes.
El movimiento en poros de
menor tamaño ocurre
lentamente.
Poros de diámetro ≥ 30µ
µm
no consiguen retener agua
debido al efecto de atracción
de la fuerza de la gravedad.
El agua contenida en estos
poros drena a hacia capas
inferiores.
Gravedad versus
Capilaridad
Movimiento vertical
debido
principalmente a
gravedad
Movimiento horizontal
debido a capilaridad
Retención de agua
La matriz del suelo contiene poros de forma y tamaños
variados como resultado de la distribución específica del
tamaño de partículas (textura) y distribución del tamaño de
los agregados (estructura).
Potencial del agua en el suelo
– Medida del estado de energía del agua
– Importante porque refleja el trabajo que las
plantas deben realizar para extraer agua
– Unidades: MPa, bares o atmósferas
– Potencial de agua: negativo (succión)
– Agua se mueve: Ψ mayores (menos -) a Ψ
menores (más negativos)
– Suelos no saturados:
Ψ = Ψg + Ψm
Curva de retención de agua
Capacidad de
campo
Curva de retención hídrica
Punto de Marchitez permanente
θ
Humedad en
capacidad
de campo
Humedad en
punto de
marchitez
permanente
Agua disponible
ψ
Medio poroso
Intervalo temporal y/o espacial
Ψcc
Ψpmp
INFILTRACIÓN
Proceso por el cual el agua
entra en el suelo a través de su
superficie, en contacto con la
atmósfera.
Factores que afectan la
infiltración
Relacionados al fluido
• Propiedades del fluido (T, Viscosidad, etc).
• Intensidad de lluvia
• Presencia de partículas en suspensión
• Presencia de ciertas substancias (sales, etc)
Factores que afectan la
infiltración
Relacionados al suelo
• Textura
• Estructura
• Contenido inicial de agua
• Presencia de costras
• Presencia de grietas
• Cobertura
• Pendiente
• Profundidad del perfil
* Capacidad de infiltración:
Cantidad máxima de agua que puede absorber un suelo en
determinadas condiciones.
* Velocidad de infiltración:
Velocidad con que el agua penetra al suelo y se expresa en
términos de mm/h o cm/h.
* Velocidad de infiltración básica:
Velocidad con que el agua penetra al suelo en el equilibrio.
Velocidad de infiltración vs. textura
La
velocidad
de
infiltración
básica,
o
estabilizada, corresponde a
la velocidad de infiltración
instantánea en el momento
en que la variación o
incremento entre 2 valores
continuos es igual o menor a
10%.
Infiltración básica según tipo de suelo:
Tipo de suelo
mm/hr
Arenoso grueso
25 a 60
Arenoso fino
18 a 25
Franco arenoso
14 a 18
Franco limoso
10 a 14
Franco arcilloso
7 a 10
Arcillo limoso
4a7
Arcilloso compacto
2a5
Velocidad de infiltración vs. manejo del suelo
* Infiltración acumulada:
Cantidad total de agua que penetra al suelo en función del
tiempo.
La infiltración acumulada esta íntimamente relacionada con la velocidad
de infiltración (VI) que presente el suelo, ya que a mayor velocidad de
infiltración mayor infiltración acumulada.
Infiltración acumulada para suelos con texturas diferentes
Métodos para determinar Infiltración
Métodos directos: Valoran la cantidad de agua infiltrada en una
determinada superficie de suelo
1. Lisímetros: Es un depósito enterrado (cilindro de 2m), de paredes
verticales, abierto en su parte superior y relleno del terreno que se quiere
estudiar. La superficie del suelo está sometida a los agentes atmosféricos y
recibe las precipitaciones naturales. El agua de drenaje es medida, al igual
que la humedad y la temperatura del suelo a diferentes profundidades.
2. Simuladores de lluvia: Aplican agua en forma constante reproduciendo lo
más fielmente el acontecer de la precipitación. Las gotas son del tamaño de
las de la lluvia y tienen una energía de impacto similar, comparándose los
efectos. El área de lluvia es variable entre 0,1 m2 y 40 m2. La diferencia entre
precipitación y escorrentía representa la valoración del volumen infiltrado.
3. Infiltrómetros: Para realizar el ensayo de infiltración en el campo se
utiliza el infiltrómetro. Consta de uno o dos tubos de chapa de diámetro fijo.
Se clava en el suelo a una profundidad variable, se le agrega una cierta
cantidad de agua y se observa el tiempo que tarda en infiltrarse.
Lisímetros
Simulador de lluvia
Doble anillo
Tensio-infiltrómetro
Infiltración en surcos
*Infiltración no es unidireccional
*Se considera longitud del surco y perímetro de
mojado
* Se mide caudal de entrada al surco y de salida
del surco
* Se mide tiempo
Tasa de Infiltración vs. Tasa de aplicación
de riego
Métodos para directos para determinar
Humedad
• Gravimétrico: método patrón
– Mide la masa de agua (θm)
Colecta la muestra → pesa → seca en estufa a 105 grados → pesa
• Sonda de neutrones
– Mide humedad volumétrica (θ
θv)
– Principio: mide la atenuación que sufren neutrones
de elevada energía por átomos de hidrógeno del agua
– Ventajas:
• Mide humedad en muestra de suelo relativamente
• Se puede medir en el mismo sitio y diversas profundidades
• Exactitud
– Desventajas:
• Elevado costo
• Utiliza elementos radiactivos
Sonda de neutrones
•Constante dieléctrica
Se determina la velocidad de propagación de un pulso
electromagnético que se envía hacia abajo a través de las púas
instaladas en el suelo.
Para eso se mide el tiempo que tarda el pulso en bajar por la púa y
subir.
La velocidad de propagación depende de la constante dieléctrica del
suelo en contacto con la púa. La constante dieléctrica del agua libre es
80, la del suelo varia 3-6. A medida que cambia la humedad del suelo,
también cambia la constante, que afecta la velocidad del pulso.
* Time domain reflectometry (TDR)
* Frequency domain reflectometry (FDR)
Referencia
a
B
N
RCEM
Ecuación general propia
Perfil Completo
0,3970
2,2130
137
0,04321
Ecuación general default
0,4940
3,0175
137
0,07709
0,5183
Ecuación general de Guessing y col (2004)
Horizonte Superficial
0,4310
Ecuación para horizonte superficial (0-40 cm)
2,1367
137
0,10736
2,7390
61
0,05002
Resultados utilizando en el horizonte superficial
(0-40 cm) la ecuación general propia
0,3970
2,2130
61
0,05265
Horizonte Subsuperficial
0,431
Horizonte subsuperficial (40-90 cm)
2,146
30
0,03070
30
0,04460
2,6971
18
0,03003
2,2130
18
0,03109
Horizonte subsuperficial (40-90 cm) con ecuación
general propia
Horizonte profundo (90-120 cm)
0,3970
Horizonte Profundo
0,4052
Horizonte profundo (90-120 cm) con ecuación
general propia
0,3970
2,2130
Métodos indirectos para determinar agua
en el suelo
• Tensiómetros
– Mide el potencial de agua (tensión)
– Rango de operación práctico: 0 a 0.8 bares
• Bloques de resistencia eléctrica
– Mide el potencial de agua (tensión)
– Trabaja mejor en tensiones elevadas (bajo
contenido hídrico)
Tensiómetro
Reserva de agua
Longitud del tubo variable
Cápsula de
cerámica porosa
Medidor de vacío (0(0-100 centibares)
Bloques de resistencia eléctrica