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TEMA 1
PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO:RELACIONES HIDRICAS EN SUELOS Y
PLANTAS
FIG 2. SECCIÓN DE UNA MUESTRA DE SUELO DONDE SE PUEDEN OBSERVAR LAS TRES FASES
Agua Aire
Material MineralMaterialOrgánico
FIG 3. ESQUEMA DE LA COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA DE UN SUELO DE TEXTURA MEDIA
• ESCALA USDA ESCALA de la ISSS • Arena muy gruesa2 - 1 mm Arena gruesa2 – 0.2 mm• Arena gruesa1 – 0.5 mm• Arena mediana0.5 –0.25 mm• Arena fina0.25 – 0.1 mm Arena fina0.2 – 0.02 mm• Arena muy fina0.1 – 0.05 mm• Limo0.05 – 0.002 mm Limo0.02 – 0.002 mm• Arcilla< 0.002 mm (< 2m) Arcilla< 0.002 mm (< 2m)
El Triangulo Textural¿Que porcentajes de las diferentes partículas (en peso) tendrá el suelo representado por el punto rojo?
Grano decuarzo
Polímeroorgánico
Arcillas
FIG 5: GRANOS DE CUARZO CEMENTADOS POR ARCILLAS Y MATERIA ORGÁNICA
LAMINARPRISMATICA
COLUMNAR
BLOQUES ANGULARES
BLOQUES SUBANGULARES
GRANULAR
DISTINTOS TIPOS DE ESTRUCTURA
• DETERIORO DE LA ESTRUCTURA:– LABOREO INADECUADO– POBREZA EN MATERIA ORGÁNICA– RIEGO CON AGUAS DE MALA CALIDAD
• PROBLEMAS– COSTRA SUPERFICIAL– AIREACION– CIRCULACIÓN DEL AGUA– COMPACIDAD (laboreo)– EROSIONABILIDAD
VT
VP
VS
VG
VA
Gas (ρg= 1.3 kg·m-3)
Agua (ρa= 1000 kg·m-3)
Solido (ρs= 2650 kg·m-3)
MG=VG·ρg= 0
MA=VA·ρa
MS=VS·ρs
Perfiles de humedad antes y despues de un riego
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60
20
40
60
80
100
120
140
160
Pro
fun
did
ad (
cm)
θ (cm3cm-3)
23/8/9721/8/87
Cálculo del agua almacenada en un perfil de suelo (S) a partir de los datos de humedad volumétrica del mismo. ( n = numero de horizontes)
D z dz zeqz
vi
n
vi i= ⋅ ≈ ⋅z ∑=0
0θ θ( ) ( )∆
0
0
Volumetric Water Content
Soil
Depth
∆z
θv
z
0
zS
SONDA DE NEUTRONES
TDR: MEDIDA DEL CONTENIDO VOLUMETRICO DE HUMEDAD DEL SUELO
V = C/ ε
ε = constante dieléctrica
∆ S
Es
ET P R
D F
BALANCE HÍDRICO: Entradas – Salidas = R + P + F – ( ET + D + Es) = ∆S =S2-S1
θ ∆ Si = ∆Zi * ∆θ i
θ final θ inicial
∆S = ∆Si
Pro
fund
idad
, Z
Σ
CALCULO DEL CAMBIO DE AGUA ALMACENADA EN UN PERFIL DE SUELO
POTENCIAL MATRICIAL
SUELO HÚMEDO (1)´
SUELO SECO (2)
0 Kpa (suelo saturado) > Ψm1 > Ψm2 > - 2000 Kpa
0 cm (suelo saturado) > hm1 > hm2 > - 20000 cm
Aire
Adhesión Adhesión
Cohesion
Agua
Gravedad
h
h(m) = 2σ/ρgr = 0,000015/r(m)
hm
hp
agua pura soluciónsalina
Ψo =0 Ψo <0
Ψo
POTENCIAL OSMÓTICO ψ< 0
Ψo (Kpa) = - M R T donde : M(moles/m3); R=8,31 J/mol/K; T(K)
Ψo(bar) = -0,36 CE (dS/m) ho (m) = -3,6 CE (dS/m) = -0,36 θs /θ CEes(dS/m)
MEDIDA DE LA CE DE LA SOLUCION DEL SUELO
EXTRACTORES DE SOLUCION
SENSORES DE SALINIDAD
ZT ZB
A
Agua
H = -L +ZH H = -12,6 ZHg+ ZH
hm= -12,6ZHg+ZB+ZH
TENSIOMETROS
Ref
hm= -L +ZB+ZH
CURVAS DE RETENCIÓN DE HUMEDAD
Solido
1
2
Liquido
Gas
A) B)
EXPLICACIONES A LA HISTÉRESIS
Métodos de obtención de las curvas carácterísticas de los suelos
Contenido de agua cm3/cm3
Po
ten
cial
ma
tric
ial (
-m)
1000
100
10
1
0
θrθs
Columna de agua
Tensiómetro
Celula Tempe
Olla Richards
Psicrómetro
Ollas de Richard´s (0-15 atm)
Expresiones paramétricas de las curvas de retención de humedad
0,1
1
10
100
1000
10000
100000
0 0,2 0,4 0,6
θ (cm3/cm3)
h (
-cm
)
B&C
VG Brooks y Corey θ = θr + (θs - θr)·(hb/h)λ para h >hb
θ = θs para h <hbhb
θ r θs
Van Genutchenθ = θ r + (θs - θ r)/((1+a·h)n)m
ANALISIS DE LAS CURVAS DE RETENCION DE HUMEDAD
Contenido de agua cm3/cm3
Po
ten
cial
ma
tric
ial (
-m)
1000
100
10
1
0
θrθsθccθPM
3
150
CC
PM
SAT
AGUA UTIL
AU arcilloso = 0,6-0,2=0,4
AU arenoso = 0,35-0,1=0,25
AGUA ÚTIL (AVAILABLE WATER) PARA DISTINTAS TEXTURAS DE SUELOS
hp1-hp2
Columna de suelo deConductividad Ks
Q (l/s)/A(m2)= q(mm/s) = Ks·dH/dx
Potencial hídricohp1
Potencial hídricohp2
LEY DE DARCY
q= Ks(hp1-hp2)/L
CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA SATURADA
Textura aproximada Ks (mm/h)
Suelo arenoso 25-250
Suelo franco-arenoso 13-76
Suelo franco 8-20
Suelo franco-arcilloso 2.5-15
Suelo limo-arcilloso 0.3-5
Suelo arcilloso 0.1-1
•Depende de otros factores como la estructura ylas características del fluido circulante Ks=k·ρ·g/µ
hp hgPotencial hídrico en el extremo superior H1 = H1 + LPotencial hídrico en el extremo inferior Ho = = 0 + 0Diferencia de potencial
∆Η = H1-Ho= H1 + L
Ecuación de Darcy: q = Ks (H1+L)/L
q=Q/A
PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE
PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE
a·L· ln (H1/H2) A· ( t2-t1)
Ks =
S
H
y
capa freática
capa impermeable
• r entre 8 y 10 cm•S> 1/2 H• y > 3/4 yo
• K= C· ∆ y /∆t • y =(y + yo)/2
2 r
∆y
yo
Medida de Ks: METODO DE AUGER HOLE
INFILTRACION EN ANILLO SIMPLE Y EN DOBLE ANILLO.
DATOS DE LA PRUEBA DE INFILTRACION
Factores que condicionan la infiltracion: Humedad del suelo
Factores que condicionan la infiltracion: Estado de la superficie del suelo
Factores que condicionan la infiltracion: Textura del suelo
Partes de la planta Contenido en agua
(% peso total)
Raíces
Tallos
Hojas
Frutos
Semillas
Cebada, región apcalZanahoriaGirasol (zona media)
EsparrágueraGirasol (7 semanas)Pino
Lechuga, hojas interioresGirasol (7 semanas)Maíz, hojas adultas
TomateFresaManzana
Maíz dulce, tiernoMaíz secoCebada (descortezada)Cacahuete (crudo)
93,088,271,0
88,387,555,0
94,881,077,0
94,189,184,0
84,811,010,25,1
1. Importancia del agua para las plantas
• Componente químico más importante en las plantas.
• > 70% P Fresco tejidos vegetales
• > 90% P FrescoÓrganos crecimiento
1. Importancia del agua para las plantas
• Constituyente de los tejidos (85% plantas herbaceas, 50% leñosas, 15% semillas y cortezas)
• Disolvente de gases, iones y solutos (establece un sistema continuo) para la absorción y el transporte.
• Actúa como metabolito (fotosíntesis, respiración, etc.)
• Mantenimiento turgencia (presión) celular responsable del alargamiento y crecimiento celular.
• Regulador de la temperatura
Funciones del agua:
2. El agua en la planta: índices de cantidad y potencial hídrico
Índices de cantidad:
Contenido relativo: * 100
Contenido hídrico: * 100
Pesofresco
oPesoPesofresco sec−
oPeso
oPesoPesofresco
sec
sec−
Ej. 100 g peso fresco• 93 g agua• 7 g materia seca
C.R. = 93*100/100 = 93% C.H. = 93*100/7 = 1328%
Potencial hídrico:
Hace referencia al estado energético del agua
Ψ = Ψm + Ψo + Ψp + Ψg
agua
↑ Ψ ↓ Ψ
Componentes del Potencial hídrico:
Potencial de presión: Ψp • Es la presión ejercida sobre el agua (presión atmosférica =0).• > 0 en citoplasma y vacuolas. Se origina por la reacción elástica de las
paredes celulares a la deformación provocada por la entrada de agua en la
célula (mayor cuanto mayor sea la deformación).• < 0 en el xilema en condiciones de transpiración (succión).
Potencial matricial: Ψm< 0• Debido a la interacción de las moléculas de agua en las interfases
sólido-líquido, por ejemplo en paredes celulares• Valores negativos.
Potencial matricial: Ψg• Debido a la fuerza de la gravedad. Valores pequeños, depende del plano de
referencia.
Potencial osmótico: Ψo< 0 • Debido a la presencia de sales y solutos disueltos en el agua.• < 0 en citoplasma celular . ↑[ solutos ] ↓Ψo
• Ejemplo de valores de potenciales en diferentes partes de un tejido vegetal en equilibrio hídrico
Ψ(MPa) Ψp(MPa) Ψm(MPa) Ψo(MPa)
Vacuola -1.2 0.5 0.0 -1.7
Pared celular -1.2 0.0 -1.1 -0.1
* Cuando se altere el equilibrio hidrico de la celula, debido a que en algún punto de la misma se origina algún cambio en su potencialhídrico, se produciran entradas o salidas de agua (siempre en sentido de potenciales decrecientes. Esto afectará al contenido relativo de agua, asi como a la turgencia, al volumen celular y a la concentración de solutos (ver diapositiva siguiente)
Ci
Célula turgente
Ψ = 0; Ψp = -Ψo
(diluida)Ce
Célula plasmolisisada
Ψ = Ψo; Ψp = 0
(Concentrada)Ce
Ci
PSICROMETRO DE TERMOPAR (Ψ)
CÁMARA DE PRESION (SCHOLANDER)Ψm en xilema ~ Ψ
SONDA DE PRESION (Ψp en interior de celulas)
MEDIDAS DE POTENCIAL EN PLANTA
1 MPa = 10000 mb
Jv = grad Ψ / r = Lp * grad Ψ
Movimiento de agua en la planta
- 0,5 bar
- 2 bar
- 5 bar
- 15 bar
- 50 bar ↓ Ψ
↑ Ψ
Movimiento de agua en la planta
Absorción de agua por la raízMovimiento radial de agua en la raíz:
a) Simplasto: a través del citoplasma celular
b) Apoplasto: a través de espacios intercelulares
c) Depende del gradiente y resistencia
Epidermis
Córtex
Endodermis
Xilema
Banda deCaspari
VIASIMPLÁSTICA
VIAAPOPLÁSTICA
Pelo radical
Movimiento de agua en la planta
Transporte de agua a larga distancia
Xilema: tejido conductor de agua y nutrientes desde la raíz al resto de la planta.
Células conductoras: vasos y traqueidas
• Células alargadas.
• Carentes de citoplasma.
• Paredes secundarias lignificadas:
• Presencia de perforaciones:
unión de células y evitar formación
de burbujas de aire (cavitación).
Movimiento de agua en la planta
Transpiración
Pérdida de agua en forma de vapor desde la planta hacia la atmósfera
( ≈ 95% agua absorbida).
Incluye 2 etapas:
a) Evaporación del agua.
b) Difusión vapor de agua.
- Transp. Estomática (estomas)
- Transp. Cuticular (cutícula)
3. Movimiento de agua en la planta
3.3. Transpiración
T = ( Ch – Ca ) / r
Ch = concentración vapor de agua hoja
Ca = concentración vapor de agua aire
r = resistencia difusión vapor de agua
“r” depende fundamentalmente del grado de apertura del estoma
ehoja
eaire
Estomas:
- Discontinuidades de epidermis.
- Variabilidad entre especies (nº y posición)
- Mayor nº en el envés.
células guarda
turgentes
poro
células guarda
fláccidas
ESTOMA ABIERTO ESTOMA CERRADO
Evolución de la apertura estomática
Evolución diaria del potencial en hojaΨh = Ψs – T·rs-h
Evolución de los potenciales hídricos en hoja, raíz y suelo
Puesta en marcha de los mecanismos adaptativos a medida que se intensifica el estrés hídrico
Comienzo del cerradodel estoma
Evolución del potencial osmótico de una hoja con la desecación progresiva del suelo, para casos con ajuste osmótico y sin ajuste
osmótico
Termómetro de infrarrojos
INDICE DE ESTRES
WSI = BC/AC
Medida del consumo de agua por los cultivos
1,5 mhormigon
12 m
4 m
CONSUMO DE AGUA DE DIFERENTES CULTIVOS
Modelo RITJEMA- ABOUKHALED
• ETR =ETc= Kc · ETo si θ > θc
• ETR= ETc · (θ−θpm)/((1-α)•(θcc-θpm)) si θ<θc
Capacidad de campo (θcc)
Humedad crítica (θc)
Punto de marchitez (θpm)
Zona de óptimoComportamiento del cultivo
Efectos adversos en producción y crecimiento
Muerte de la planta
Z·(θcc-θc) == Z·α (θcc-θpm)
(*)
Ejemplo de transpiración para cultivo de algodón con diferentes humedades en el suelo