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COD:
CARACTERIZACIÓN DE AGUAS MATRICIALES EXTRAÍDAS CON
CÁMARAS DE RICHARDS EN UMBRISOLES FORESTALES SOBRE
GRANITOS, SIERRA DE GATA, SISTEMA CENTRAL ESPAÑOL
Juan Fernando Gallardo (1) & Inmaculada Menéndez (2)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas, I.R.N.A.,
Cordel de Merinas 40-52 Salamanca 37071-España
<[email protected]>
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Dpto. Ingeniería Civil
Edificio Ingenierías C. U. Tafira Baja Las Palmas de G.C. 35017-España
<[email protected]>
Se realizó un estudio de las aguas matriciales de un Umbrisol háplico (forestal) de ladera,
sobreimpuesto a un perfil alterítico fini-Mioceno, pre-Paleoceno sobre granito. Para la
extracción del agua matricial se utilizaron las cámaras de presión de Richards,
modificando la placa convencional por otra de metacrilato con filtros de acetato de
celulosa. Se consiguieron 3 fracciones: 0-0.03, 0.03-0.1 y 0.1-1.5 Mpa, que corresponden
respectivamente a los siguientes tamaños de porosidad del suelo: 300-100 m, 100-6 m
y 6-0.2 m. Se llegó a una diferenciación composicional de las 3 fracciones obtenidas por
presión y también según la profundidad del suelo. Los subhorizontes húmicos
presentaron mayor concentración de COD, K+, Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe2+, Mn2+,
cloruros, sulfatos y nitratos. Sin embargo Si(OH)4 y Na+ aumentan en las soluciones
extraídas de horizontes inferiores. En general, las muestras obtenidas a menor presión
(mayor tamaño de poro) presentan una mayor concentración de iones que las obtenidas a
mayor presión. Estos resultados reflejan un intercambio más efectivo de nutrientes y
aguas procedentes del ciclo biogeoquímico forestal, en los subhorizontes húmicos y en la
microporosidad de mayor tamaño. Se ha definido un ambiente gobernado por las aguas
gravitacionales, cargadas de COD, en las soluciones obtenidas en microporos mayores, y
un ambiente gobernado por los procesos minerales, en las obtenidas de microporos
menores, siendo las soluciones de microporos intermedios menos influenciadas por
dichos ambientes y, por ello, menos concentradas.
PALABRAS CLAVES: Aguas matriciales, Cámaras de Richard, Suelos forestales.
COD:
CARACTERIZACIÓN DE AGUAS MATRICIALES EXTRAÍDAS CON
CÁMARAS DE RICHARDS EN UMBRISOLES FORESTALES SOBRE
GRANITOS, SIERRA DE GATA, SISTEMA CENTRAL ESPAÑOL
Juan Fernando Gallardo (1) & Inmaculada Menéndez (2)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas, I.R.N.A.,
Cordel de Merinas 40-52 Salamanca 37071-España
<[email protected]>
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Dpto. Ingeniería Civil
Edificio Ingenierías C. U. Tafira Baja Las Palmas de G.C. 35017-España
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INTRODUCCIÓN
El agua matricial del suelo es retenida en la microporosidad del suelo (< 200 m,
Bouma,1981). El tiempo de contacto entre la solución y la matriz edáfica es un factor determinante
para llegar a un equilibrio entre la solución y la matriz edáfica (Bringmark, 1980) y, a su vez, está
directamente relacionado con el tamaño del poro. Por ello, es de esperar que la composición del
agua retenida por la porosidad esté en función de su tamaño de poro. Una de las técnicas de
extracción del agua matricial es por presión (Richards, 1941). Las ventajas de usar las cámaras de
presión de Richards son la posibilidad de un fraccionamiento por presiones de la muestra y el
obtener un tamaño de solución edáfica suficiente para su analítica. El objetivo de este estudio fue
establecer las posibles diferencias de concentración en las aguas edáficas retenidas a distintas
presiones y sus equivalentes diámetros de poro.
Zona de estudio
El suelo a estudio está situado en una ladera a 940 m de altitud con orientación Oeste y
pendiente de 45º, desarrollado en la ladera Sur del Sistema Central Español (Sierra de Gata), en
bosque de castañares (Castanea sativa Miller). El clima es mediterráneo templado, de acuerdo con
los climatogramas de Emberger (Moreno, 1996); en otoño-invierno se produce un exceso de agua
en el suelo. El relieve se interpreta como residual, sin sedimentos, pero con alteritas fini-Miocenas,
pre-Paleocenas, enriquecidas en caolinitas y con evacuación de sílice y bases (Molina et al., 1987).
El suelo es ácido debido a la geoquímica del substrato (granito de dos micas; Arribas & Jiménez,
1978). El drenaje externo e interno del suelo es bueno. A la profundidad del suelo (60-120 cm) hay
que añadir el espesor de la arena granítica de alteración, lo cual permite una buena reserva de agua.
La moderada temperatura y relativamente alta pluviometría favorece la formación de materia
orgánica. El Fe, como elemento edáfico significativo, se libera formando sesquióxidos, siendo el
empardecimiento el proceso edafogenético predominante (Gallardo et al., 1980). Más
concretamente los suelos estudiados se clasifican como Umbrisoles háplicos (F.A.O., 1998) sobre
granitos y gneiss, siendo el perfil modal: Ah1Ah2BwC, con una potencia de 90 a más de 120 cm; el
horizonte Ah1 es úmbrico, bien estructurado y de color oscuro; Ah2 es de color rojo oscuro; el
horizonte cámbico Bw tiene un color pardo amarillento (resultante de la alteración); C presenta una
alteración caolinítica antigua.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se usaron 2 modelos de Cámaras de Richard: Uno para presiones bajas (0-0.03 MPa) y otro
para presiones medias (0.03-0.1 Mpa) y altas (0.1-1.5 Mpa). Se ha considerado más conveniente no
utilizar las placas de extracción comercializadas en material cerámico para que no interfirieran con el
quimismo de la solución. Por ello la placa se hizo artesanalmente, con una base circular de
metacrilato de 1cm de espesor. Encima de la placa se colocaron 2 círculos de tela de nylon
(Heijelkamp, tamaño de malla 140-150 m), que actuaron como filtros conductores y otro de acetato
de celulosa de altas presiones (Heijelkamp PT600, tamaño de poro 0.2m). Para sellar los filtros se
impregnó el borde con grasa especial de alta presión y se colocó una regla blanda alrededor de un
soporte circular de plástico que contenía la muestra de suelo.
De cada horizonte edáfico de los perfiles seleccionados se tomaron 2 muestras de suelo y se
secaron al aire. Unos 300 g de suelo, que corresponden a la capacidad de la placa construida, se
saturaron en una lámina de agua desionizada dentro de una bandeja de PVC durante 48 h. La primera
fracción se corresponde con diámetros equivalentes de 300-100 m; la segunda a 100-6 m y la
tercera a 6-0.2 m. El tiempo de presión fue de 24 h para cada fraccionamiento. El total de muestras
obtenidas fue de 30, más 10 soluciones en blanco.
La conservación previa al análisis de las muestras de agua edáfica siguió los requisitos de la
American Public Health Association (1980), utilizando recipientes de PVC, conservación en nevera
(4 ºC), y acidificación de la muestra a un pH < 2 (con ácido nítrico R.A.) para el análisis de cationes.
Los parámetros analizados fueron: pH (Beckman 350 pH meter), conductividad eléctrica
+ +
(conductivímetro WTW CF-91) y COD (TOCA, Bekman 315A), cationes mayoritarios (Na , K ,
Ca2+ y Mg2+, por AAS, Varian 1475) y minoritarios (Al3+, Fe3+, Mn2+, Zn2+ y Si(OH)4, por IPC,
Perkin Elmer Plasma II) y aniones mayoritarios (cloruros, sulfatos y nitratos, por cromatografía
iónica, Dionex 350).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se ha llegado a una diferenciación entre la composición química de las 3 fracciones obtenidas
por presión y, también, por la profundidad a la que se obtuvo la muestra de suelo. Las concentraciones
iónicas obtenidas se exponen en la Figura 1. Las aguas procedentes de subhorizontes húmicos
+
2+
2+
3+
2+
2+
presentan mayores concentraciones de COD, K , Ca , Mg , Al , Fe , Mn , cloruros, sulfatos
y nitratos, y parece existir un comportamiento paralelo entre el COD y el resto de iones, al igual que
sucede en otros trabajos (Fernández et al., 1980; Macedo, 1993; Tipping et al., 1995). El Si(OH)4 y el
+
Na tienden a aumentar con la profundidad de la toma de muestra, lo cual refleja un comportamiento
más independiente del COD. Por otro lado, se ha observado una ligera tendencia a una más baja
concentración en las muestras de mayor presión (menor tamaño de poro), presumiblemente
condicionada por una mayor concentración de COD en los poros de mayor tamaño (> 100m), dada la
circulación más efectiva de nutrientes y aguas procedentes del ciclo biogeoquímico forestal en las
aguas gravitacionales, que se intercambian más rápidamente con las de los microporos mayores.
Fernández et al. (1980) afirmaron que la modificación por presión del pH no es importante por debajo
de valores de 1.5MPa, y de hecho, no se han medido diferencias significativas de pH entre fracciones.
Los máximos y mínimos de concentración en el perfil edáfico son diferentes para cada fracción
obtenida. Estas concentraciones deben ser el resultado de las condiciones naturales en equilibrio con el
sistema edáfico reinante y, por otro lado, el tiempo y las condiciones de las muestras tratadas en el
laboratorio. El tiempo de contacto entre la solución y la matriz edáfica es un factor determinante para
llegar a un equilibrio entre la solución y la matriz edáfica (Bringmark, 1980). Considerando que la
única diferencia en la obtención de cada fracción de muestra por presión fue de 24 h entre ellas, cabe
esperar que las diferencias en el resultado analítico de las muestras de agua proceda de sus distintas
condiciones edáficas. Por ello, es razonable pensar que tamaños de poros de 300-100, 100-6 y 6-0.2
m exijan tiempos de permanencia de la solución edáfica distintos y, por tanto, causen
concentraciones de agua matricial diferenciadas. Por otra parte, como se observa en la Figura 1, los
microporos intermedios tienen concentraciones intermedias respecto a las otras fracciones. Ello podría
ser debido al mayor equilibrio de los microporos mayores con las aguas gravitacionales, cargadas de
COD, y al mayor equilibrio de los microporos menores con el sustrato mineral, siendo la solución
obtenida en la porosidad intermedia menos concentrada y menos influenciada por dichos ambientes.
60
60
clor.
K
Fe
sulf.
Ca
Cu
nitr.
Mg
Mn
fosf.
Si
Zn
Na
Al
clor.
K
Fe
sulf.
Ca
Cu
nitr.
Mg
Mn
fosf.
Si
Zn
Na
Al
Ah2
0
Ah1
0
C
0
C
mg/L
AB
mg/L
Ah2
mg/L
Ah1
20
C
20
C
20
AB
40
Ah2
40
Ah1
40
clor.
K
Fe
sulf.
Ca
Cu
nitr.
Mg
Mn
fosf.
Si
Zn
Figura 1. Concentración de las aguas extraídas a diferentes presiones y profundidades del perfil.
C
0.1-1.5 MPa
0.03-0.1 MPa
C
0-0.03 MPa
AB
60
Na
Al
CONCLUSIONES
Se obtiene una mayor concentración de la solución de subhorizontes húmicos y de la
microporosidad de mayor tamaño, debido a un intercambio más efectivo de nutrientes y aguas del
ciclo biogeoquímico forestal en ellos. Se define un ambiente gobernado por aguas gravitacionales,
cargadas de COD, en los microporos mayores, y un ambiente controlado por procesos minerales, en
los microporos menores, siendo la solución de la microporosidad intermedia menos influenciada por
dichos ambientes y, por ello, menos concentrada.
LITERATURA CITADA
American Public Health Association (1980). Standard methods for examination of water and
wastewater. APHA-AWWH-WPCF, Washington, 1134 pp.
Arribas, A y Jiménez, E (1978). Esquema geológico-litológico de la Provincia de Salamanca. Estudio
integrado de la dehesa salmantina. C.S.I.C., Salamanca, No. 1:41-61.
Bouma, J. (1981). Soil morphology and preferential flow along macropores. Agric. Water Man. No
3:225-250.
Bringmark, L (1980). Ion leaching througth a podsol in a scoots pine stand. Structure and Function on
Northern Coniferous Forest: An ecosystem study. T. Persson (ed.) Ecol. Bull., Stockholm. No. 32:
341-365.
F.A.O., (1998). World reference base for soil resources. F.A.O., Roma, 88 pp.
Fernández, L. y Macías, F. (1980). Estudio comparativo de los métodos de obtención de la solución
del suelo. Aplicación al estudio de la solución de suelos podsólicos de Galicia. An. Edaf. Agrobiol.
No. 39:1587-1607.
Gallardo, J.F., Cuadrado, S. y Prat, L., (1980). Características de los suelos forestales de la Sierra de
Gata. Stvdia Oecol. No.1: 241-264.
Macedo, J. M. B. (1983). Introduçao á meteorização das rochas. Comportamento e distribução dos
productos o solo na crusta de meteorização. Tesis doctoral, Mesoglio e Metereologia Agrícolas, Inst.
Sup. Agronom., Lisboa.
Molina, E., Blanco, J.A., Pellitero, E. y Cantano, M. (1987). Weathering processes and morphological
evolution of the Spanish Hercynian Massif. En: International Geomorphology, II. Gardiner, V. (ed.),
John Wiley & Sons, New York, pp.:957-977.
Moreno, G; Gallardo, Ingelmo, F., Cuadrado, S. y Hernandez, J.(1996). Soil water budget in four
Quercus pyrenaica forest across a rainfall gradient. Arid. Soil Res. Rehabil. No.10: 65-84.
Richards, L.A. (1941). A pressure-membrane extraction apparatus for soil solution. Soil Sci. No.
51:377-386.
Tipping, E., Berggren, D., Mulder, J y Woof, C. (1995). Modelling the solid solution distributions of
protons, aluminium, base cations and humic substances in acid soils. Europ. J. of Soil Sci. No.46: 7794.