Unidad IV: Fase líquida del suelo Estructura y propiedades del agua Estado de energía del agua en...
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Unidad IV: Fase líquida del suelo
Estructura y propiedades del agua Estado de energía del agua en el suelo Concepto y componentes del potencial total del agua Unidades de expresión del potencial aguaCurvas características de humedadConceptos de disponibilidad de agua en el suelo (saturación, capacidad campo, punto de marchitez permanente y coeficiente higroscópico)
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IMPORTANCIA DEL AGUA EN EL SUELO
Afecta el desarrollo de las plantas Es el solvente del suelo Afecta la temperatura del suelo Controla la aireación Regula el intercambio de gases Afecta la actividad microbiana Incide en el estado de óxido-reducción de
los elementos Altera la plasticidad del suelo
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Lado Negativo
Lado Positivo
Núcleo de Hidrógeno
Núcleo de Hidrógeno
Núcleo de
Oxígeno
105 °
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Superficie de la
partículadel suelo
Superficie de la
partículadel suelo
.................
Puente de H
.................
Puente de H
Cohesión Adhesión
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Agua
Interfase Aire-Agua Aire
Tensión superficial del agua:72.8 newtons/mm a 20oC
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ASCENSO CAPILAR
h: 2T Cos r d g
h: ascenso capilar (cm)T: tensión superficial (72,8 newtons/mm a 20oC)Cos : el ángulo de contacto es ceror: radio del capilard: densidad del agua (1g/cm3)g: aceleración de la gravedad (981 cm/seg2)En suelo:
h (cm):0.15/r (cm)
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ENERGIA DEL AGUA
• Energía cinética= ½ m V2
Energía en función de la velocidad del agua
• Energía potencial=masa*acelerac.grav.*h
Energía debido a la posición del agua dentro del suelo
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Fuerzas que afectan el nivel de energía del agua
• Gravitacional
• Mátrica
• Osmótica
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Potencial total del agua en el suelo (Ψt) : Es la cantidad de energía por unidad de agua necesaria para transportar reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua desde el estado estándar al punto considerado en el suelo
Ψt=Ψg + Ψp + Ψm + Ψo
Ψg =potencial gravitacional
Ψp=potencial de presión hidrostática
Ψm=potencial mátrico
Ψo=potencial osmótico
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POTENCIAL GRAVITACIONAL
Energía del agua debido a la fuerza de la gravedad
Se puede expresar como:
la energía potencial de una unidad de peso de agua:
Ψg: h
h: altura del agua del suelo por arriba del nivel de referencia (dentro del perfil y en la parte inferior). Tiene valor positivo
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POTENCIAL DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Es la energía que tiene el agua en suelos saturados
• Tiene valor positivo
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POTENCIAL MÁTRICO
Es la energía de agua debido a la fuerza de retención de los poros y de adsorción de las partículas del suelo.
• En suelo saturado, su valor es 0 bar
• En suelo insaturado (debajo de -10 kPa o -0.1bar) su valor es negativo
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POTENCIAL OSMÓTICO
Es la energía del agua debido a la presencia de sales disueltas en el agua del suelo
Se puede estimar:
1) Ψo (kPa) = -36 CEs (dS/m)
CEs=conductividad eléctrica en el extracto de saturación
2) Ψo (kPa) = -RTC
R=constante universal de gases
T=temperatura en Kelvin
C= concentración de solutos
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POTENCIAL HIDRÁULICO (Ψh)
Es importante en el movimiento del agua en el suelo y en suelos saturados
Ψh=Ψg + Ψm + Ψp
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SUCCIÓN Y TENSIÓN
• Los potenciales negativos se pueden expresar como tensiones o succiones.
El agua de mueve de > potencial (-10 bar) a < potencial (-30 bar)
El agua se mueve de < (10 bar) tensión a > tensión (30 bar)
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UNIDADES DE EXPRESION DEL POTENCIAL DEL AGUA DEL SUELO
• Energía por unidad de masa de agua, Joules/kg• Energía por unidad de volumen de agua, Pa:Newton/m2,
kPa:103 Pa, MPa:106 Pa• Energía por unidad de peso de agua, altura de columna
de agua, cm o mbar=presión ejercida por una columna de agua de 1023 cm
altura
0.1 bar=1 m= 10 kPa
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CURVA CARACTERISTICA DE HUMEDAD
• Relación entre cantidad de agua y potencial mátrico
• A potenciales mátricos altos, > -1 bar (-100 kPa), la curva depende de la capilaridad y distribución del tamaño de poros (estructura) del suelo
• A potenciales mátricos bajos , entre -1 bar a -100 bar (-10000 kPa), la curva depende de la adsorción y superficie específica de los sólidos (textura) del suelo.
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HISTERESIS
La curva de humedad depende de si el suelo se está secando o humedeciendo.
Causas de histéresis:
1) no uniformidad en el tamaño y forma de los poros, 2) el aire atrapado en los poros 3) la expansión y contracción de las arcillas por humedecimiento y secado que afectan la distribución por tamaño de los poros.
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DESCRIPCIÓN CUALITATIVA DE LA HUMEDAD DEL SUELO
• Máxima capacidad de retención de agua
Contenido de agua cuando el suelo está saturado
• Capacidad de campo (CC)
Contenido de agua a un potencial mátrico entre -0.1 y -0.30 bar (-10 a -30 kPa).
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0 1 2 3 4
.55
.45
.35
.25Capacidad de campo
Días luego de la lluvia
Con
ten
ido
de
agu
a (θ
) (m
3/m
3 d
e su
elo)
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DESCRIPCIÓN CUALITATIVA DEL AGUA
• Punto de marchitez permanente (PMP)
Contenido de agua a un potencial mátrico de -15 bar (-1500 kPa). La planta se marchita y no puede recuperar la turgencia tras 12 horas en una atmósfera saturada de vapor de agua.
• Coeficiente higroscópico
Contenido de agua a un potencial mátrico -31 bar (-3100 kPa). La atmósfera que rodea a una muestra de suelo está saturada de vapor de agua (98% HR).
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Capacidad de retención máxima
Capacidad de campoAgua gravitacional
No disponible
Agua disponible Agua
capilar
Rápidamente disponible
Poco disponible
Zona óptima
Punto de marchitez
Coeficiente higroscópico
Agua higroscópica
-1 -10 -100 -1000 -10.000 -100.000 -1.000.000
(Alto) -1.500 -3.100 (Bajo)
Potencial mátrico del suelo (kPa, escala logarítmica)
60
50
40
30
20
10
0
Con
ten
ido
de
agu
a en
el s
uelo
(θ)
(v
olu
men
%)
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Saturación Capacidad de campo
Punto de marchitez
Espacio poroso
100 gr
100 gr
100 gr
100 gr
40 mL
20 mL Aire
10 mL
Aire
8 mL Aire
Suelo saturado
Capacidad de campo
Punto de marchitez
Coeficiente higroscópico
Sólido
Agua
Sólido
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Capacidad de campo y punto de marchitez permanente
Aproximadamente, el contenido de humedad a capacidad de campo es la mitad del de saturación y el de punto de marchitez permanente es 50% del de capacidad de campo
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AGUA DISPONIBLE
Se calcula como la diferencia en la cantidad de agua (expresada en volumen) entre CC (-33 kPa) y PMP (-1500 kPa)
Es importante para definir la cantidad de riego
Representa la máxima cantidad de agua disponible para las plantas que puede almacenar el suelo.
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FACTORES QUE AFECTAN EL AGUA DISPONIBLE
Textura del sueloContenido de materia orgánicaCompactación del sueloPresencia de salesProfundidad del suelo y presencia de capas
compactadas
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Agua no disponible
Agua disponible
Punto de marchitez
Capacidad de campo
40
32
24
16
8
0Con
teni
do d
e ag
ua d
el s
uel
o (θ
) (v
olu
men
%)
Texturas finas
Arenoso Franco arenoso
Franco Franco limoso
Franco arcilloso
Arcilloso
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0 1 2 3 4 5 6 7
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
Capacidad de campo
Punto de marchitez permanente
% de Materia orgánica
Con
ten
ido
de
agu
a en
el s
uel
o (θ
)
(
m3/m
3 d
e su
elo)
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Efecto de la compactación en el agua disponible
A mayor densidad aparente del suelo menor es la cantidad de agua disponible debido a:
una menor cantidad de macroporos lo que significa menos cantidad de agua retenida a capacidad de campo
yun mayor número de microporos muy finos que
aumenta la cantidad de agua retenida a punto de marchitez permanente
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Efecto de la presencia de sales en el agua
disponible
El potencial osmótico tiende a reducir el agua disponible ya que más agua es retenida en el punto de marchitez permanente.
Importante en suelos de regiones secas.