Labranza y temperatura del suelo

Labranza y temperatura del suelo
Francisco Rojo
Temperatura y Flujo de Calor en el
suelo, en cero labranza
Francisco Rojo Rübke 2005
Procesos influenciados por el aumento
de la Temperatura
Actividad Microbiológica aumenta
Velocidad de las reacciones químicas aumentan
Procesos de difusión aumentan
La solubilidad de gases disminuye (O2, CO2)
En los suelos cálidos la mineralización es acelerada, los nutrientes son
liberados rápidamente, pero la acumulación de MO es baja.
La temperatura del suelo afecta fuertemente a la germinación,
crecimiento y emergencia de plántulas, desarrollo de raíces, etc.
Algunos Conceptos
•La temperatura es la expresión de la energía cinética de las
moléculas de un sistema.
•El calor es la energía transferida a través de los límites de un
sistema como resultado de una transferencia de temperatura entre el
sistema y su entorno.
Transferencia de calor:
1.
Radiación:
2.
Conducción: Propagación del movimiento molecular interno
de las partículas.
3.
Convección : Movimiento Masa
Balance de Energía
1ª Ley de Termodinámica: El cambio de energía de un
sistema es igual a la cantidad de energía que entró desde el
entorno menos la energía que salió hacia el entorno.
Suelo
Atmósfera
∆E = E entra – E sale
R. Global
R. Neta
R. Emitida por
la Atmósfera
R. Reflejada
(Albedo)
R. Emitida
por el suelo
•Humedad (A mayor W
menor albedo)
•Color (Suelos oscuros
menor albedo)
•Rugosidad (Suelos lisos
tienen mayor albedo)
Radiación Neta
RN = LE + H + Q
LE
: Calor Latente (Evaporación)
H
: Calor Sensible (Convección)
Q
: Calor Sensible (Conducción)
“Cuando 2 partículas se aproximan una a otra, su
interacción mutua altera sus movimientos
produciendo un intercambio de momentum y de
energía”.
Conducción
Propiedades Térmicas del suelo:
1. Conductividad Térmica (K)
2. Capacidad Térmica Volumétrica (CTV)
3. Difusividad Térmica (K / CTV)
Las propiedades térmicas del suelo dependen marcadamente de la
humedad y la porosidad total.
La diferencia de temperatura causa transferencia de E cinética por
medio de numerosas colisiones provocadas por el movimiento interno
de las moléculas.
La transferencia de energía siempre ocurre desde una zona caliente a
otra fría.
Conducción
∆E = E entra – E sale
∆E = 0
Ecuación en equilibrio dinámico (Fourier):
∆E ≠ 0
Ecuación de continuidad:
Q : Flujo Calórico
K : Conductividad Térmica
D : Difusividad (K / CTV)
Propiedades del Suelo
Conductividad Térmica
•Cantidad de calor transferido por unidad de área de un cuerpo
conductor por unidad de tiempo bajo un gradiente de
temperatura.
•Es la facilidad con que un cuerpo conduce la energía.
Unidad: mcal / cm s ºK ; W / m ºK
Km > K w > Ko > Ka
Un suelo mojado y compacto tiene una menor resistencia (mayor K) al paso
del calor.
w
a
Conductividad Térmica
Factores que determinan la conductividad térmica:
•Composición de la fase sólida
•Densidad Aparente
•Humedad
•Textura
•Estructura
La conductividad térmica es sensible no solamente a la composición
volumétrica, sino también al tamaño, forma y arreglo espacial de las
partículas del suelo.
Capacidad Térmica Volumétrica
Es el cambio en el contenido calórico, por unidad de volumen
de suelo, por unidad de cambio en la temperatura.
Unidades: Cal /cm3 ºK ; J / m3 ºK
CTV = 0,48
m + 0,6
o +
m : Fracción volumétrica mineral
o
: Fracción volumetrica organica
w : Fracción volumetrica de agua
w
Capacidad Térmica Volumétrica
Factores que determinan la CTV:
•Composición de la fase sólida
•Densidad Aparente
•Humedad
En la CTV esta considerado tanto la composición porcentual de
constituyentes del suelo como la naturaleza de estos.
Un Suelo seco es mucho más fácil calentarlo que uno mojado. Esto es
porque la energía requerida para aumentar la temperatura del agua en
1 ºC es mucho más alta que la requerida para calentar el aire en 1 ºC.
Capacidad Térmica Volumétrica
Cero Labranza
Da = 1,37
m = 0,496
P
o = 0,024
= 48 %
CC = 21 %
w = 0,21
MO = 2,4 %
a = 0,27
CTV = 0,48
m + 0,6
Labranza Convencional
Da = 1,26
0,458
m=
P
o = 0,022
= 52 %
CC = 19 %
w = 0,19
MO = 2,2 %
a = 0,33
o +
w
CTVCL = 0,48 * 0,496 + 0,6 * 0,024 + 0,21 = 0,46 cal / cm3 ºK
CTVLC = 0,48 * 0,458 + 0,6 * 0,022 + 0,19 = 0,42 cal / cm3 ºK
CTVCL – CTVLC = 0,04 cal / cm3 ºK = 40 Kcal / m3 º K = 60.000 Kcal / ha ºK
Perfil Térmico
T(z,t) = Tsup + Az sin [wt + Ф(z)]
Tsup : Temperatura superficial media
w
: Frecuencia radial (2π / 24 horas)
Az
: Amplitud térmica en la prof. z
Existe una reducción de la amplitud con la profundidad así como también un
desplazamiento de las temperaturas máximas y mínimas a un tiempo posterior de
la incidencia máxima de energía radiante en la superficie.
Efecto de la labranza en el régimen
Térmico
El efecto de la labranza en el régimen térmico del suelo es
principalmente una consecuencia en el cambio de las propiedades
térmicas del suelo.
La labranza provoca un aumento en la macroporosidad del suelo, en
cero labranza, el mejoramiento de la estructura determina una mayor
cantidad de humedad aprovechable. Por lo tanto, en suelos labrados es
de esperar una mayor oscilación térmica en la superficie, debido a la
disminución de la capacidad térmica volumétrica del suelo, sin
embargo, a medida que se desciende, la baja conductividad térmica
que se genera en los suelos con un mayor contenido de aire, provoca
que el descenso de la oscilación térmica sea más pronunciado.