AGUA EN EL SUELO

AGUA EN EL SUELO
AGUA → parte del ciclo hidrológico integrada por un conjunto de
compartimentos.
SUELO
 Es uno de los compartimentos del agua
 Principal suministrador de agua para las plantas
 Capacidad para almacenarla e ir cediéndola a medida que se
requiere.
AGUA
 CIRCULA POR EL ESPACIO DE MACROPOROS
 OCUPA TOTAL O PARCIALMENTE LOS POROS
CAPILARES, DONDE ES RETENIDA
 PRESENTA UN COMPORTAMIENTO DINAMICO, CON
VARIACIONES EN ESCALA DIARIA
Agua disuelve y transporta elementos nutritivos, sales solubles y contaminantes,
y hace posible su absorción por las raíces.
El contenido de humedad en suelo influye en la consistencia, penetrabilidad,
traficabilidad, temperatura, etc.
Correcto manejo del agua en agricultura y en gestión del medio ambiente
requiere conocer su comportamiento.
Vida en ecosistema terrestre depende del estado energético del agua del suelo.
Existencia de distintos ecosistemas → depende de la disponibilidad hídrica.
Crecimiento de las plantas requiere agua en primer lugar para realizar la
fotosíntesis.
Mantenimiento equilibrio térmico y de todo proceso respiratorio supone
desprendimiento continuado de agua, así como también la transpiración.
Estudio del agua interesa:
 Propiedades físicas del agua
 Forman en que llega al suelo
Lluvia: cantidad e intensidad.
Escorrentía: relación con los procesos erosivos.
Aportes laterales y subsuperficiales.
Riego.
Ascenso a partir de la capa freática.
 Cantidad de agua en el suelo
Variable a lo largo del tiempo.
Variable en el espacio.
 Composición del agua del suelo
Agua.
Elementos nutritivos.
Sales disueltas.
Compuestos orgánicos solubles.
Productos solubles en agua: fitosanitarios, contaminantes y otros.
Materias en suspensión.
 Interacción con las partículas sólidas
 Papel del suelo en el ciclo hidrológico
 Estado energético del agua del suelo
 Movimiento del agua en el continuum suelo-planta-atmósfera
Propiedades físicas del agua
 Estructura molecular: H2O
 Es eléctricamente neutra.
 Posee un momento bipolar al estar desplazados los centros de carga
positiva y negativa y no ser simétrica la molécula.
 Las moléculas de agua interaccionan entre ellas y con otras partículas
cargadas.
 Las moléculas de agua se unen por medio de puentes de hidrógeno, lo
que explica que sea un líquido a las temperaturas más frecuentes en el
suelo, a pesar de su peso molecular poco elevado.
 Propiedades térmicas
 Calor específico elevado, lo que establece una marcada diferencia en la
capacidad calorífica entre suelos secos y húmedos.
 Punto de fusión elevado, debido a los puentes de hidrógeno entre moléculas de
agua en estado sólido.
 Calor latente de fusión elevado.
 Calor latente de vaporización muy elevado.
 Propiedades mecánicas
 Densidad relativamente baja, mayor en fase líquida que en la sólida. Es
máxima a 4 ºC.
 Viscosidad y fuerzas moleculares dentro del fluido.
 Presión osmótica, π: función del contenido de solutos.
 Fenómenos capilares
 Tensión superficial, σ: influye en gran manera en el comportamiento del agua
en el suelo en las interfases.
 Curvatura de la superficie libre: en función de los radios de curvatura y la
tensión superficial, la fórmula de Laplace permite calcular la presión total.
 Angulo de contacto del menisco (α) con las superficies sólidas.
(α < 90º en superficies hidrófilas; α > 90º en superficies hidrófobas)
 Ascenso capilar: esquemáticamente, algunos poros del suelo se pueden
asimilar a tubos capilares, lo que no deja de ser una simplificación, quizás
excesiva. De acuerdo con la ley de Jurin:
ΔP = - 2σ / Rρw = 2σ cosα / r
ΔP = diferencia de presión a través de la interfase aire-agua en un capilar del
suelo. Define la altura máxima de ascenso.
σ = tensión superficial (energía potencial de la interfase)
R = radio de curvatura (m)
R = r/(cosα)
r = radio del capilar (m)
ρw = densidad del agua (kgm-1)
Zc = altura máxima de ascenso
Zc = 2 σ / ρw g r
Para el caso de mojadura completa (interfase semiesférica), caso del vidrio y el agua
y también normalmente en el suelo:
α = 0º
cosα = 1 ΔP = - 0,14 / r
N m-2 a 20 º C
 Solubilidad de gases y sólidos.
 Propiedades del agua cerca de las superficies sólidas cargadas eléctricamente.
ESTADO ENERGÉTICO DEL AGUA DEL SUELO.
La energía asociada al agua del suelo es una medida de las fuerzas a las que está
sometida y tiene incidencia sobre:
 Disponibilidad de agua para las plantas.
 Movimiento del agua en el suelo.
 Propiedades mecánicas del suelo.
Fuerzas actuantes
 Fuerzas derivadas del campo gravitatorio
Ley de Newton de la gravitación.
F = G m M / x2
F=
G=
m, M =
x=
fuerza de atracción
constante universal de gravitación
masas que se atraen
distancia entre las masas
Fuerzas gravitatorias:
F=mxg
 Fuerzas derivadas de iones en solución:
Los iones en solución atraen moléculas de agua por su carácter bipolar y se hidratan.
Las propiedades termodinámicas del agua se ven afectadas.
Disminuye la energía potencial del agua.
De importancia en suelos salinos y en cultivos hidropónicos.
 Fuerzas externas ligadas a:
La matriz en suelos de matriz no rígida debido a la presencia de arcillas expandibles,
que hacen variar la geometría de los huecos y el ángulo de contacto en las interfases
con el agua.
La presión de gases sobre el agua.
La presión hidrostática en suelos saturados de agua.
 Fuerzas derivadas de la matriz
 Fuerzas de adhesión. Se originan en la superficie de las partículas sin
carga y son:
 De origen molecular (fuerzas de van der Waals y puentes
hidrógeno).
 De corto alcance pero de gran intensidad.
 Retienen una capa cuyo espesor es de unas decenas de moléculas
de agua, que forman una película alrededor de las partículas
sólidas.
 La cantidad de agua retenida de esta forma es pequeña.
 Fuerzas debidas a efectos capilares (fuerzas de cohesión).
 Son debidas a las uniones entre moléculas de agua mediante
puentes de hidrógeno.
 Hacen engrosar la lámina de agua adsorbida, a la que se unen y
rodean.
 Agua retenida con poca intensidad: absorbible por las plantas.
 Predominan en materiales arenosos.
 Fuerzas de difusión.
 Agua asociada con los iones y con superficies sólidas cargadas eléctricamente
debido a la naturaleza bipolar del agua.
 La doble capa difusa actúa a modo de membrana semipermeable, confiriendo
propiedades inusuales al agua cerca de la capa: menor densidad.
 Fuerte influencia de la superficie específica de la partícula, de su densidad de
carga eléctrica y de la naturaleza de los cationes de intercambio.
RETENCIÓN DEL AGUA EN EL SUELO
Curva característica de humedad
Suelo →
capaz de retener agua → potencial matricial está relacionado con el
contenido de humedad →
función característica de humedad o función potencial
matricial-contenido de agua.
Es función que depende de:
 Sentido en que tiene lugar el cambio en el contenido de agua (humectación o
desecación).
 Velocidad de cambio.
 Estabilidad en el tiempo de la estructura, así como tamaño, forma y conexión
entre huecos.
 Los cambios de volumen del suelo; expansión-retracción.
 Condiciones en la interfase agua – aire.
Esta relación no es unívoca La curva obtenida de una muestra saturada de agua no
coincide con la determinada a partir de una muestra seca y se pone de manifiesto al
obtener dos ramas de la curva por efecto de histéresis:
La historia de la muestra influye sobre la situación final de equilibrio.
El efecto de histéresis es más pronunciado en suelos de textura gruesa a potenciales
altos, los poros se vacían a potenciales mucho menores que a los que se llenan.
Causas:
 Falta de uniformidad en la geometría de los poros individuales, que se
manifiesta en el denominado efecto botella de tinta
 Carácter compuesto del sistema de poros:
Poros interagregados: condicionan la rehumectación.
Poros intragregados: condicionan la desecación.
La penetración de agua resulta más lenta en un horizonte arenoso que en uno de
textura más fina.
 Efecto del ángulo de contacto en las interfases:
Meniscos que avanzan: ángulo de contacto y radio de curvatura mayores.
Meniscos que retroceden: en la deserción el potencial matricial será menor que n
la humectación.
 Aire atrapado dentro de los agregados:
Hace disminuir el contenido de agua en suelos recién humectados: no se alcanza
un verdadero equilibrio.
 Fenómenos de expansión retracción:
En suelos expandibles varía la geometría del espacio de poros, de distinta manera
según la historia de la humectación.
En sentido estricto no se trata de un fenómeno de histéresis, ya que hace cambiar
la geometría del espacio de poros.
Principales factores
 Estructura:
 Espacio de poros:
 A potenciales altos la retención de agua se ve muy influenciada
por la estructura (distribución de tamaño de poros), por lo que hay
que trabajar con muestras inalteradas.
 A potenciales bajos predominan las fuerzas de adhesión, por lo
que influirá la superficie específica de las partículas y mucho
menos la estructura. Se puede trabajar con muestras tamizadas a 2
mm.
 Compactación:
 Disminuye la porosidad total y, en especial, la proporción de los
poros de mayor tamaño.
 Textura: hace variar la forma de la curva.
CAPACIDAD DE RETENCIÓN DE AGUA DISPONIBLE (agua útil)
Capacidad de campo:

Contenido de agua en el suelo después de 48 horas de un riego o de una lluvia
abundante. Se supone que transcurrido este tiempo empieza un drenaje lento del agua
contenida en el suelo.

Se trata en cierta medida del contenido máximo de agua que puede retener el
suelo cuando la mayoría de la macroporosidad está ocupada por aire.

Por dificultad de su medida de acuerdo con la definición, se suelen realizar
estimaciones a partir del valor del contenido de agua que retiene una muestra de suelo
en equilibrio con una presión de 33 kPa, en un equipo de placas depresión. Esto
puede conducir a grandes errores, ya que en condiciones de campo influyen las
condiciones de drenaje del suelo. Por ello la capacidad de campo debe medirse in
situ.
El proceso de drenaje puede representarse, del siguiente modo:
Punto de marchitez permanente:
 Contenido de agua por de bajo del cual las plantas no son capaces de extraer
agua del suelo. Viene a corresponder al límite inferior del agua retenida por
fuerzas capilares absorbible por las raíces.
 Se estima como el contenido de agua que retiene una muestra de suelo
equilibrada con una presión de 1500 kPa en un equipo de placas a presión.
 Depende del tipo de planta y del clima.