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Universidad Central de Venezuela
     Facultad de Agronomía
  Departamento de Edafología



          Edafología General


 Estructura del suelo


                    Profa. Mansonia A. Pulido M.



             Enero, 2008
Objetivos


- Conocer la descripción y clasificación de la estructura del suelo

- Conocer los mecanismos y factores responsables de la formación
y estabilidad de la estructura del suelo

- Conocer las relaciones masa – volumen derivados del grado de
estructuración

- Identificar la influencia de la estructura del suelo sobre el
comportamiento del mismo
Estructura del suelo
Ordenamiento         de       las
partículas    individuales      en
partículas    secundarias    y/o
agregados y el espacio poroso
que llevan asociado, todo ello
como    el    resultado       de
interacciones físicas químicas
entre las arcillas y los grupos
funcionales    de   la    materia
orgánica (Porta et al. 1994).
Agregado

Unidad estructural que define la
disposición de partículas del suelo,
que se mantienen unidas con fuerza
suficiente, por lo cual se diferencia
de la masa de partículas individuales.

 Terrón

 Agregado artificial causado por una disturbancia mecánica
 tal como el arado del suelo.
Descripción y clasificación de la estructura del suelo
    • Forma y orientación
    • Tamaño
    • Grado de desarrollo


1. Forma y orientación de los agregados (USDA, 1993; Pagliai,
   2005), originados por la combinación y arreglo espacial de los
   diferentes tipos de poros y agregados

  • Granular simple: granos sueltos, la
  porosidad esta representada por el
  espacio entre partícula y partícula
  (porosidad textural), el material fino
  entre espacios intergranulares es
  muy raro. Típica de suelos arenosos.
• Estructura migajosa
Es una estructura granular compuesta muy porosa, típica de
epipedones con materia orgánica, también es frecuentemente
originada por la actividad antropogénica (labranza)


• Estructura blocosa subangular
Los agregados están separados por poros continuos elongados, los
agregados presentan aristas agudas y caras curvas y se acomodan las
caras de agregados unas con otras. Desde el punto de vista agronómico,
este es el mejor tipo de estructura de suelo porque la continuidad de
sus poros favorece el movimiento del agua y facilita el desarrollo
radical.
• Estructura blocosa angular
Los agregados de suelo presentan aristas rectas y caras
rectangulares con interacciones curvas. Los agregados se arreglan y
se separan por poros elongados y de forma regular. Es típica de
suelos arcillosos.




• Estructura laminar
Tiene su dimensión horizontal mayor que la vertical, los agregados son
finos y separados por poros elongados orientados paralelamente a la
superficie del suelo, no son continuos en sentido vertical. Los suelos
con este tipo de estructura están sujetos a aguachinamiento o
escorrentía y erosión dependiendo de la pendiente, es típica de los
suelos compactados.
• Estructura prismática
Constituida por agregados mas largos que anchos, los planos de
debilidad corresponden a las grietas de retracción. Este tipo de
estructura es típico de suelos arcillosos con endopedones argilicos
(Bt). Los prismas se separan en orientación vertical por poros
elongados, no son muy estables porque el humedecimiento ocasiona un
cierre de los poros.
• Estructura columnar
Corresponde a prismas cuya parte superior tiene forma de
cúpula. Típica de suelos alcalinos o sodicos, epipedones
natricos (Btna)




• Estructura masiva
El material del suelo esta muy compactada, la
separación de los suelos no es visible. La
porosidad es muy baja y representada por
poros pequeños dentro de la matriz del suelos.
Este tipo de estructura es común en suelos
degradados con bajo contenido de materia
orgánica.
Blocosa                  Prismática




   Laminar                    Columnar




Granular      Grano simple                Masiva
2. Tamaño de los agregados
 Los agregados generalmente se agrupan por tamaño según su
diámetro equivalente:
                               > 250 µm
                             20 – 250 µm
                               2 – 20 µm
Macroagregados (>250 µm) y microagregados (< 250 µm).

• Los microagregados se unen unos con otros con agentes cementantes
como la materia orgánica para formar los macroagregados.

• Los microagregados son las unidades más pequeñas que se pueden
separar por planos de rupturas naturales.

• La elección del tamaño 0,2 mm como límite inferior del agregado
obedece a que la porosidad desarrollada por tamaños menores son poco
eficaces para el movimiento del agua.
Clases de estructura de suelo.


 Clases de              Tipos de estructuras
 tamaños     Laminar   Prismática        Blocosa     Granular
                                  (mm)
Muy fina       <1         < 10             <5           <1
Fina          1–2       10 – 20          5 – 10        1–2
Media         2–5       20 – 50          10 – 20       2–5
Gruesa       5 – 10    50 – 100          20 – 50      5 – 10
Muy gruesa    > 10       > 100            > 50         > 10

                                             Fuente: USDA (1993)
ESTRUCTURA GRANULAR:




  Fino            Medio           Grueso

           ESTRUCTURA BLOCOSA




Muy fino           Fino           Medio

           ESTRUCTURA LAMINAR




  Fino             Medio          Grueso
3. Superficies de debilidad o grado de desarrollo

En las observaciones de la estructura en campo es posible identificar
diferentes niveles de organización tales como:

        • Sin estructura: granos sueltos con ausencia de
        elementos finos.

        • Estructura maciza: no se observan agregados un
        fragmento se rompe arbitrariamente.

        • Estructura débil: agregados escasamente formados
        e indistintos, superficies de debilidad muy poco
        definidas entre agregados.

        • Estructura fuerte: agregados separados por planos
        de debilidad bien definidos cuando el horizonte se
        seca. Agregados duraderos.
La estructura del suelo es una propiedad dinámica y esta
       sujeta a procesos de formación y degradación

 Formación de agregados

 Generalmente, la estructura de un suelo se desarrolla a partir de
 una condición de grano simple o masiva. Para formar los agregados
 debe haber un mecanismo que mantiene juntas las partículas de
 suelo de manera que las formas estructurales en el suelo persistan
 en el tiempo.


Los principales factores que afectan la génesis de la estructura del suelo
están representados por:
-El efecto de los cationes
- La interacción entre las partículas de arcilla
- El efecto de la MO
- El desarrollo radical y la acción de los micro y macroorganismos del suelo
Teoría de la agregación


                               Partículas primarias
                               Arcilla – MO - Cationes
       A – MO - C
                                                                   Acumulación

                                     Jerarquía

          Microagregados                                 Macroagregados

                                Bacterias o MOP


• los microagregados se juntan para formar macroagregados, siendo el enlace dentro
de los microagregados mas fuerte
• Los microagregados están formados por moléculas orgánicas unidas a las arcillas y
cationes polivalentes formando partículas compuestas, las cuales se unen para formar
macroagregados
. Los macroagregados pueden formarse alrededor de la MOP (materia orgánica particulada.
La MOP y los exudados microbiales libres hacen a los macroagregados mas estables, las
tasa de C:N decrecen y los microagregados se forman internamente; sin embargo la MO se
puede descomponer y formar microagregados.
Las raíces de las plantas pueden mantener unidas las partículas
     (Formando una red o a través de exudados radicales).
Cationes
La precipitación de óxidos e hidróxidos, fosfatos y carbonatos
favorecen la agregación. Cationes tales como Si4+, Fe 3+, Al 3+ y Ca
2+ , estimulan la precipitación y forman puentes entre las arcillas

y la MO. Compuestos orgánicos pueden unirse con Fe 3+ y Al 3+ a
pH bajos y formar compuestos órgano metálicos.
Los procesos pedogeneticos
Son un factor dominante en el desarrollo estructural del suelo. El
conjunto de adiciones y perdidas del suelo, la acción de los organismos
y los efectos del clima. El clima altera los materiales, los cuales son
transportaos a través del lavado, bioturbación, eluviación e iluviación
resultando en horizonación, dando lugar al horizonte B (estructurado)
Propiedades del suelo
Tipo de suelo. En suelo con bajo CO o concentración de A, la
agregación esta dominada por cationes, y viceversa. En oxisoles y
ultisoles los complejos Al-humus y los hidróxidos de Al son los
compuestos que predominan la agregación ya que protegen el CO de
la descomposición y confiere mayor estabilidad. En los aridisoles la
alta estabilidad esta asociada a carbonatos.

Según la textura, en suelos arenosos el MO tienen gran influencia en
la estructuración, mientras que en suelos con incremento en el
contenido de A, el tipo de A juega un papel importante.
Perturbación antropogénica
Otros factores son el sistema de cultivo, técnicas de cultivo,
humectación y desecación, características de la lluvia
Mecanismos de formación de agregados

a.- Fuerzas actuantes

 Empaquetamiento

es característico de granos entre los que la influencia de
fuerzas de superficie sea despreciable por la ausencia de cargas
eléctricas (como las arenas).

        r                         F=      Fuerza de unión entre partículas.
             θ
                                  r=      Radio de la partícula.
                                  θ=      Angulo de contacto.
                                  A=      Tensión superficial

                        F = (2π.r.A)/(1+tgθ/2)
 En suelos arenosos puede haber cohesión entre partículas debido a fuerzas de
 tensión superficial por la presencia de películas de agua adsorbidas en la
 superficie de los granos.
Formación de unidades de fábrica

Se traduce a escala macroscópica en la aparición de agregados.
Fuerzas superficiales responsables de la interacciones entre
partículas minerales, componentes del suelo y agua y las partículas
minerales y grupos funcionales de la MO humificada.

Atracción
Debida a la presencia de partículas con carga eléctrica, responsables de las
interacciones entre ellas y el agua del suelo (arcillas y grupos funcionales de
la materia orgánica)

        - Fuerzas electrostáticas (Coulomb)
        - Fuerzas de London-Van der Waals

Repulsión
Se producen cuando se presentan partículas de igual carga eléctrica o
debido a fuerzas de Born. Se produce sólo en partículas que están muy
próximas
b.- Interacción entre partículas de arcilla, doble capa difusa

                        +
                    -
        -       +                           Doble capa difusa   Solución
                        +
    -       +                                                   externa
        +               +



                            CONCENTRACIÓN
            +           +
            +
    -               + +                         Cationes
        +       -
            +           +
    -       +
                    + +
            +-
        +
                        +
        -   +
                    +
                        +
            -                                     Aniones
                                                                  Co
                        +

                                                    DISTANCIA



 Al aproximarse las partícula en suspensión se produce repulsión, esta
 barrera se supera gracias a la EC de las partículas, lo cual disminuye el
 potencial de interacción y dominan las fuerzas de Van del Waals y se
 produce floculación.
c.- Cementación de los agregados (agregación de
                    partículas)

   Floculación de        Estabilización       Cementación
     partículas

Microagregados:
Carbonato de calcio (suelos calcáreos).
Sesquióxidos de Fe y Al (suelos ácidos muy evolucionados).
Grupos funcionales de la materia orgánica.


Macroagregados:
Acción mecánica de las raíces.
Hifas de hongos (micorrizas).
Componentes orgánicos.
Organismos del suelo
Procesos responsables de la creación de la estructura
                      del suelo


1.- Floculación y dispersión del suelo, controlado por las
fuerzas de atracción y repulsión de la DCD


2.- Adhesión y estabilización de partículas dentro de
agregados y el role de la MO


 3.- Agregación, los procesos responsables       de   la
 agregación son humedecimiento y secado
Estabilidad estructural
Es una medida de la habilidad que tiene el suelo de     mantener u
forma estructural a través del tiempo frente             a fuerzas
internas o externas desestabilizadoras, ello            comprende
mantener el arreglo espacial de sus componentes         sólidos, así
como el espacio poroso.

 El grado de estabilidad depende del balance entre las fuerzas


                       Fuerza resultante
                     (grado de estabilidad)

     Fuerzas                                  Fuerzas destructoras
  estabilizadoras                             (internas y externas)
    (internas)
Fuerzas internas que se oponen a la expansión y
           rompimiento de los agregados

• Fuerzas de atracción de Madeling o London Van der Waals:
tipo de A, forma y distribución de las cargas electrolíticas,
tipo de iones adsorbidos

• Fuerzas de enlace por humus: tipo de iones y pH

• Polímeros de hidróxidos de Fe y Al de CaCO3, pH,
concentración de sales.

• Atracción entre bordes y caras de láminas de arcillas, pH,
concentración de sales

• Tensión superficial del agua energía del agua en el suelo,
valor de entrada de aire.
Fuerzas que causan rompimiento de los agregados


• Energía de hidratación de los cationes en superficie. Tipo de

iones, distribución de cargas

• Diferencias en presión osmótica entre las arcillas y la solución

del suelo (presión de expansión): tipo de iones, concentración de

la solución del suelo, densidad de carga superficial, otros.

• Presión de aire atrapado homogeneidad y dimensión de los

poros llenos de aire, diferencias de energía entre el agua

añadida y el agua del suelo.
Factores que determinan la estabilidad de los agregados y
                 procesos relacionados

             Factores                              Procesos

- Tipo y cantidad de A                Expansión y contracción, cantidad
                                      de agua retenida, cantidad
Tipo y cantidad de iones adsorbidos   Hidratación de iones Na y Ca,
                                      presión osmótica, defloculación,
                                      dispersión
Exceso de agua y tiempo de            Disolución de agentes cementantes
saturación
Impacto de las gotas de lluvia        Separación mecánica de las
                                      partículas
Caudales erosivos                     Separación mecánica de las
                                      partículas
Laboreo inadecuado (intensivo)        Compactación - pulverización


Pisoteo por el ganado                 Compactación
Estabilidad de los agregados según los
                       constituyentes del suelo


% E.A.                          % E.A.                               % E.A.



     50                               50                                  50




          20    40   80                       5    10   15                     1    2      3
                          % Arcilla                           % MO                 % Oxido de hierro




% E.A.                            % E.A.                             % E.A.



                                         50
     50


          2     4    6                        20   40    80                                25
                     % Oxido de                               % CaCO3                           % Na
                             Al                                                         intercambiable
Relaciones masa – volumen derivados del grado de
                     estructuración
Dado que el suelo es un medio poroso, se puede establecer una serie
de relaciones masa-volumen, derivadas del grado de estructuración:

a.- Densidad real (ρr)

Corresponde a al densidad media de la fase sólida o densidad de
partículas. Es la relación entre el peso de un suelo y el volumen de sus
partículas constituyentes , excluyendo el espacio poroso. Es
constante en el tiempo y depende principalmente de la mineralogía
del suelo y del tipo y contenido de MO.

                        ρr = 2,6 5 Mg m-3

 Métodos para determinar ρr :
  - Método del picnómetro
b.- Densidad aparente (ρa)
Se refiere al peso por unidad de volumen de un suelo seco en horno. El
espacio poroso es parte del volumen de suelo medido en la ρa, pero el
suelo debe estar seco al horno para sacar el agua de los poros. La ρa
está directamente relacionada con la estructura, sus valores
dependen de la mineralogía del suelo, grado de estructuración y
contenido de MO. Permite inferir dificultades para la emergencia,
desarrollo radicular y la circulación de agua y aire.


         Suelos arenosos ρa = 1,5 – 1,7 Mg m-3
         Suelos de textura media ρa = 1,3 – 1,4 Mg m-3
         Suelos arcillosos ρa = 1,1 – 1,2 Mg m-3
         Suelos turbosos ρa = 0,25 Mg m-3
         Suelos lacustrinos ρa = 0,9 Mg m-3
m
DENSIDAD APARENTE            ρa =
                                  V
                    m: masa de suelo
                    V: Volumen de suelo


                    V: Vs + Vporos




  Menor ρa                  Mayor ρa
Métodos para determinar ρa :
-Método del cilindro             - Método de la excavación (hoyo)

                                      Densidad aparente
                                      Densidad aparente
                                      (método del hoyo)
                                      (método del hoyo)




   Densidad aparente
   Densidad aparente
  (método del cilindro)
  (método del cilindro)



- Método del terrón parafinado   - Método de los rayos gamma (γ)
La densidad aparente tiene importancia desde el punto
                   de vista de manejo de suelo:


-   Provee información sobre el grado de compactación de
los horizontes

- Permite inferir dificultades para la emergencia, el
enraizamiento y la circulación de agua aire


    “ No proporciona información acerca del tamaño, continuidad de los
    poros, ni fuerzas que han dado origen a la estructura, por lo que es
                     necesario conocer la porosidad”
C.- Porosidad
Es la fracción ocupada por agua y aire, y es definida
principalmente por el arreglo de las partículas minerales.
Para caracterizar      el sistema poroso es necesario,
determinar la distribución de tamaño de poros y forma de
poros.

                            ρa
                EPT = 1 -
                            ρr


La porosidad puede determinar a partir de muestras no
alteradas, con porosimetro, y con microscopio de barrido.
Clasificación de poros
1.- Según su función, la clasificación de Greenland (1977)=

- Poros de enlace < 0,005 µm de diámetro (tienen
importancia en las fuerzas de enlace)

- Poros residuales < 0, 5 µm de diámetro
(relacionados a las interacciones químicas a nivel
molecular)

- Poros de almacenamiento entre 0,5 – 50 µm de
diámetro (poros de almacenamiento de agua)

- Poros de transmisión entre 50 -500 µm de
diámetro (drenaje de agua y paso de las raíces)
2.- Según Tamaño:

              Macroporos (r >15 µm).
              Microporos (r < 15 µm).




3.- Según Localización:

              Intraagregados (texturales)
              Interagregados (estructurales)
-Análisis de imagen (microscopio de barrido)

Es posible caracterizar y cuantificar la estructura (forma,
tamaño, irregularidad, orientación continuidad, etc).


Se han identificado las siguientes formas de poros:

       - Regulares

       - Irregulares

       - Elongados
d.- Consistencia
Expresa la resistencia mecánica de su suelo a la deformación y a fluir
bajo la acción de fuerzas mecánicas, que dependen de su contenido
de humedad.

Se debe a las fuerzas de cohesión y adhesión y es una consecuencia
de su estructuración. Influyen propiedades como dureza, friabilidad,
plasticidad y adherencia.




                                                                  líquido
                                                                  Limite
                                                plástico
                                                Limite
       Volumen del suelo




                                    expansión
                                    Limite de




                                                           Plástico         Fluido
                                          Friable
                           Duro
                                         semisólido
                           sólido

                                       w              w               w
                                                                      Cantidad de agua (w)
EN SECO:
    DUREZA:      Cualidad del suelo seco al aire de resistir a la presión
entre el dedo pulgar y el índice.


EN HÙMEDO:
    FRIABILIDAD: Cualidad del suelo de desmenuzarse fácilmente
bajo una presión moderada.


EN MOJADO:
    PLASTICIDAD: Cualidad por la cual el material edáfico cambia
continuamente de forma al aplicarse una presión y mantiene esa forma
luego de eliminar la presión.
    ADHESIVIDAD: Cualidad del material edáfico de adherirse a los
objetos.
LP: límite plástico
                      Cohesión
                                 LP                  LL       LL: Límite líquido


       Consistencia
                                      Plasticidad             IP: Índice de plasticidad
                                          IP



                                                                 Adhesión



                      Seco   Húmedo         Mojado
                                                    Humedad


El limite de expansión se define como el contenido de agua por
debajo del cual el cambio de volumen deja de ser proporcional a la
variación del contenido de agua
La consistencia tiene importancia en:

-El manejo del suelo cuando deben hacerse movimiento de tierra

- Determinar el momento óptimo de laboreo

- En el estudio de movimiento en masa por deslizamiento en masa por
deslizamiento.
Degradación física – estructural

Se refiere a la destrucción de la estructura del suelo y
de otras propiedades relacionadas

Los cambios en las variables de la estructura del
suelo son:


- Forma, arreglo y geometría de los poros
- Estabilidad, habilidad para mantener la forma y
tamaño cuando es sometido a diferentes fuerzas
- Resilencia, habilidad del suelo para recuperar la forma
a través de procesos naturales
Aireación
 Infiltración
 Almacenamiento de agua               Dependen de la distribución de
 Drenaje                              tamaños de poros y su
                                      continuidad
 Escorrentía y Erosión
 hídrica


Resistencia mecánica del suelo a penetración    Dependen del arreglo
                                                y conexión entre
Fragmentación o flujo                           partículas



  “ La degradación de la estructura del suelo es uno de los más
  graves problemas de degradación de tierras, debido a que las
     otras propiedades físicas, químicas y biológicas se ven
                           afectadas”
Pagliai (2003)
                              Le Bissonnais (1996)




                                                     Helming et al. (1998)
                                                     Bosch y Onstad (1988)




Deterioro de la estructura


          Sellado y Encostrado
Capas compactadas a menos de
      10cm de profundidad




                       Prof. Juan Carlos Rey

Suelo de Turén, estado Portuguesa
Prof. Juan Carlos Rey

Suelo compactado de Turén,     Suelo no compactado de
     estado Portuguesa       Guanare, estado Portuguesa
Escaso desarrollo radical y
                               deformación del patrón de
                                distribución de las raíces




Cultivo de maíz Suelo de
Turén, estado Portuguesa




        Cultivo de papa suelo de
          sanare, estado Lara
REGENERACIÓN (LAL, 1993)

Recuperación del estado anterior, luego de una perturbación
degradativa o cambio de uso de las tierras, cuando las
condiciones son favorables.

         Algunos sistemas de uso y manejo para la
                 recuperación estructural

- Labranza reducida, mínima o labranza conservacionista

-Aplicación de compost

-Incorporación de residuos

-Cultivos de cobertura

-Sistemas de drenaje (bancales, surcos)

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Gracias



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Estructura del suelo (FAgro Uy)

  • 1. Universidad Central de Venezuela Facultad de Agronomía Departamento de Edafología Edafología General Estructura del suelo Profa. Mansonia A. Pulido M. Enero, 2008
  • 2. Objetivos - Conocer la descripción y clasificación de la estructura del suelo - Conocer los mecanismos y factores responsables de la formación y estabilidad de la estructura del suelo - Conocer las relaciones masa – volumen derivados del grado de estructuración - Identificar la influencia de la estructura del suelo sobre el comportamiento del mismo
  • 3. Estructura del suelo Ordenamiento de las partículas individuales en partículas secundarias y/o agregados y el espacio poroso que llevan asociado, todo ello como el resultado de interacciones físicas químicas entre las arcillas y los grupos funcionales de la materia orgánica (Porta et al. 1994).
  • 4. Agregado Unidad estructural que define la disposición de partículas del suelo, que se mantienen unidas con fuerza suficiente, por lo cual se diferencia de la masa de partículas individuales. Terrón Agregado artificial causado por una disturbancia mecánica tal como el arado del suelo.
  • 5. Descripción y clasificación de la estructura del suelo • Forma y orientación • Tamaño • Grado de desarrollo 1. Forma y orientación de los agregados (USDA, 1993; Pagliai, 2005), originados por la combinación y arreglo espacial de los diferentes tipos de poros y agregados • Granular simple: granos sueltos, la porosidad esta representada por el espacio entre partícula y partícula (porosidad textural), el material fino entre espacios intergranulares es muy raro. Típica de suelos arenosos.
  • 6. • Estructura migajosa Es una estructura granular compuesta muy porosa, típica de epipedones con materia orgánica, también es frecuentemente originada por la actividad antropogénica (labranza) • Estructura blocosa subangular Los agregados están separados por poros continuos elongados, los agregados presentan aristas agudas y caras curvas y se acomodan las caras de agregados unas con otras. Desde el punto de vista agronómico, este es el mejor tipo de estructura de suelo porque la continuidad de sus poros favorece el movimiento del agua y facilita el desarrollo radical.
  • 7. • Estructura blocosa angular Los agregados de suelo presentan aristas rectas y caras rectangulares con interacciones curvas. Los agregados se arreglan y se separan por poros elongados y de forma regular. Es típica de suelos arcillosos. • Estructura laminar Tiene su dimensión horizontal mayor que la vertical, los agregados son finos y separados por poros elongados orientados paralelamente a la superficie del suelo, no son continuos en sentido vertical. Los suelos con este tipo de estructura están sujetos a aguachinamiento o escorrentía y erosión dependiendo de la pendiente, es típica de los suelos compactados.
  • 8. • Estructura prismática Constituida por agregados mas largos que anchos, los planos de debilidad corresponden a las grietas de retracción. Este tipo de estructura es típico de suelos arcillosos con endopedones argilicos (Bt). Los prismas se separan en orientación vertical por poros elongados, no son muy estables porque el humedecimiento ocasiona un cierre de los poros.
  • 9. • Estructura columnar Corresponde a prismas cuya parte superior tiene forma de cúpula. Típica de suelos alcalinos o sodicos, epipedones natricos (Btna) • Estructura masiva El material del suelo esta muy compactada, la separación de los suelos no es visible. La porosidad es muy baja y representada por poros pequeños dentro de la matriz del suelos. Este tipo de estructura es común en suelos degradados con bajo contenido de materia orgánica.
  • 10. Blocosa Prismática Laminar Columnar Granular Grano simple Masiva
  • 11. 2. Tamaño de los agregados Los agregados generalmente se agrupan por tamaño según su diámetro equivalente: > 250 µm 20 – 250 µm 2 – 20 µm Macroagregados (>250 µm) y microagregados (< 250 µm). • Los microagregados se unen unos con otros con agentes cementantes como la materia orgánica para formar los macroagregados. • Los microagregados son las unidades más pequeñas que se pueden separar por planos de rupturas naturales. • La elección del tamaño 0,2 mm como límite inferior del agregado obedece a que la porosidad desarrollada por tamaños menores son poco eficaces para el movimiento del agua.
  • 12. Clases de estructura de suelo. Clases de Tipos de estructuras tamaños Laminar Prismática Blocosa Granular (mm) Muy fina <1 < 10 <5 <1 Fina 1–2 10 – 20 5 – 10 1–2 Media 2–5 20 – 50 10 – 20 2–5 Gruesa 5 – 10 50 – 100 20 – 50 5 – 10 Muy gruesa > 10 > 100 > 50 > 10 Fuente: USDA (1993)
  • 13. ESTRUCTURA GRANULAR: Fino Medio Grueso ESTRUCTURA BLOCOSA Muy fino Fino Medio ESTRUCTURA LAMINAR Fino Medio Grueso
  • 14. 3. Superficies de debilidad o grado de desarrollo En las observaciones de la estructura en campo es posible identificar diferentes niveles de organización tales como: • Sin estructura: granos sueltos con ausencia de elementos finos. • Estructura maciza: no se observan agregados un fragmento se rompe arbitrariamente. • Estructura débil: agregados escasamente formados e indistintos, superficies de debilidad muy poco definidas entre agregados. • Estructura fuerte: agregados separados por planos de debilidad bien definidos cuando el horizonte se seca. Agregados duraderos.
  • 15. La estructura del suelo es una propiedad dinámica y esta sujeta a procesos de formación y degradación Formación de agregados Generalmente, la estructura de un suelo se desarrolla a partir de una condición de grano simple o masiva. Para formar los agregados debe haber un mecanismo que mantiene juntas las partículas de suelo de manera que las formas estructurales en el suelo persistan en el tiempo. Los principales factores que afectan la génesis de la estructura del suelo están representados por: -El efecto de los cationes - La interacción entre las partículas de arcilla - El efecto de la MO - El desarrollo radical y la acción de los micro y macroorganismos del suelo
  • 16. Teoría de la agregación Partículas primarias Arcilla – MO - Cationes A – MO - C Acumulación Jerarquía Microagregados Macroagregados Bacterias o MOP • los microagregados se juntan para formar macroagregados, siendo el enlace dentro de los microagregados mas fuerte • Los microagregados están formados por moléculas orgánicas unidas a las arcillas y cationes polivalentes formando partículas compuestas, las cuales se unen para formar macroagregados . Los macroagregados pueden formarse alrededor de la MOP (materia orgánica particulada. La MOP y los exudados microbiales libres hacen a los macroagregados mas estables, las tasa de C:N decrecen y los microagregados se forman internamente; sin embargo la MO se puede descomponer y formar microagregados.
  • 17. Las raíces de las plantas pueden mantener unidas las partículas (Formando una red o a través de exudados radicales).
  • 18. Cationes La precipitación de óxidos e hidróxidos, fosfatos y carbonatos favorecen la agregación. Cationes tales como Si4+, Fe 3+, Al 3+ y Ca 2+ , estimulan la precipitación y forman puentes entre las arcillas y la MO. Compuestos orgánicos pueden unirse con Fe 3+ y Al 3+ a pH bajos y formar compuestos órgano metálicos.
  • 19. Los procesos pedogeneticos Son un factor dominante en el desarrollo estructural del suelo. El conjunto de adiciones y perdidas del suelo, la acción de los organismos y los efectos del clima. El clima altera los materiales, los cuales son transportaos a través del lavado, bioturbación, eluviación e iluviación resultando en horizonación, dando lugar al horizonte B (estructurado)
  • 20. Propiedades del suelo Tipo de suelo. En suelo con bajo CO o concentración de A, la agregación esta dominada por cationes, y viceversa. En oxisoles y ultisoles los complejos Al-humus y los hidróxidos de Al son los compuestos que predominan la agregación ya que protegen el CO de la descomposición y confiere mayor estabilidad. En los aridisoles la alta estabilidad esta asociada a carbonatos. Según la textura, en suelos arenosos el MO tienen gran influencia en la estructuración, mientras que en suelos con incremento en el contenido de A, el tipo de A juega un papel importante.
  • 21. Perturbación antropogénica Otros factores son el sistema de cultivo, técnicas de cultivo, humectación y desecación, características de la lluvia
  • 22. Mecanismos de formación de agregados a.- Fuerzas actuantes Empaquetamiento es característico de granos entre los que la influencia de fuerzas de superficie sea despreciable por la ausencia de cargas eléctricas (como las arenas). r F= Fuerza de unión entre partículas. θ r= Radio de la partícula. θ= Angulo de contacto. A= Tensión superficial F = (2π.r.A)/(1+tgθ/2) En suelos arenosos puede haber cohesión entre partículas debido a fuerzas de tensión superficial por la presencia de películas de agua adsorbidas en la superficie de los granos.
  • 23. Formación de unidades de fábrica Se traduce a escala macroscópica en la aparición de agregados. Fuerzas superficiales responsables de la interacciones entre partículas minerales, componentes del suelo y agua y las partículas minerales y grupos funcionales de la MO humificada. Atracción Debida a la presencia de partículas con carga eléctrica, responsables de las interacciones entre ellas y el agua del suelo (arcillas y grupos funcionales de la materia orgánica) - Fuerzas electrostáticas (Coulomb) - Fuerzas de London-Van der Waals Repulsión Se producen cuando se presentan partículas de igual carga eléctrica o debido a fuerzas de Born. Se produce sólo en partículas que están muy próximas
  • 24. b.- Interacción entre partículas de arcilla, doble capa difusa + - - + Doble capa difusa Solución + - + externa + + CONCENTRACIÓN + + + - + + Cationes + - + + - + + + +- + + - + + + - Aniones Co + DISTANCIA Al aproximarse las partícula en suspensión se produce repulsión, esta barrera se supera gracias a la EC de las partículas, lo cual disminuye el potencial de interacción y dominan las fuerzas de Van del Waals y se produce floculación.
  • 25. c.- Cementación de los agregados (agregación de partículas) Floculación de Estabilización Cementación partículas Microagregados: Carbonato de calcio (suelos calcáreos). Sesquióxidos de Fe y Al (suelos ácidos muy evolucionados). Grupos funcionales de la materia orgánica. Macroagregados: Acción mecánica de las raíces. Hifas de hongos (micorrizas). Componentes orgánicos. Organismos del suelo
  • 26. Procesos responsables de la creación de la estructura del suelo 1.- Floculación y dispersión del suelo, controlado por las fuerzas de atracción y repulsión de la DCD 2.- Adhesión y estabilización de partículas dentro de agregados y el role de la MO 3.- Agregación, los procesos responsables de la agregación son humedecimiento y secado
  • 27. Estabilidad estructural Es una medida de la habilidad que tiene el suelo de mantener u forma estructural a través del tiempo frente a fuerzas internas o externas desestabilizadoras, ello comprende mantener el arreglo espacial de sus componentes sólidos, así como el espacio poroso. El grado de estabilidad depende del balance entre las fuerzas Fuerza resultante (grado de estabilidad) Fuerzas Fuerzas destructoras estabilizadoras (internas y externas) (internas)
  • 28. Fuerzas internas que se oponen a la expansión y rompimiento de los agregados • Fuerzas de atracción de Madeling o London Van der Waals: tipo de A, forma y distribución de las cargas electrolíticas, tipo de iones adsorbidos • Fuerzas de enlace por humus: tipo de iones y pH • Polímeros de hidróxidos de Fe y Al de CaCO3, pH, concentración de sales. • Atracción entre bordes y caras de láminas de arcillas, pH, concentración de sales • Tensión superficial del agua energía del agua en el suelo, valor de entrada de aire.
  • 29. Fuerzas que causan rompimiento de los agregados • Energía de hidratación de los cationes en superficie. Tipo de iones, distribución de cargas • Diferencias en presión osmótica entre las arcillas y la solución del suelo (presión de expansión): tipo de iones, concentración de la solución del suelo, densidad de carga superficial, otros. • Presión de aire atrapado homogeneidad y dimensión de los poros llenos de aire, diferencias de energía entre el agua añadida y el agua del suelo.
  • 30. Factores que determinan la estabilidad de los agregados y procesos relacionados Factores Procesos - Tipo y cantidad de A Expansión y contracción, cantidad de agua retenida, cantidad Tipo y cantidad de iones adsorbidos Hidratación de iones Na y Ca, presión osmótica, defloculación, dispersión Exceso de agua y tiempo de Disolución de agentes cementantes saturación Impacto de las gotas de lluvia Separación mecánica de las partículas Caudales erosivos Separación mecánica de las partículas Laboreo inadecuado (intensivo) Compactación - pulverización Pisoteo por el ganado Compactación
  • 31. Estabilidad de los agregados según los constituyentes del suelo % E.A. % E.A. % E.A. 50 50 50 20 40 80 5 10 15 1 2 3 % Arcilla % MO % Oxido de hierro % E.A. % E.A. % E.A. 50 50 2 4 6 20 40 80 25 % Oxido de % CaCO3 % Na Al intercambiable
  • 32. Relaciones masa – volumen derivados del grado de estructuración Dado que el suelo es un medio poroso, se puede establecer una serie de relaciones masa-volumen, derivadas del grado de estructuración: a.- Densidad real (ρr) Corresponde a al densidad media de la fase sólida o densidad de partículas. Es la relación entre el peso de un suelo y el volumen de sus partículas constituyentes , excluyendo el espacio poroso. Es constante en el tiempo y depende principalmente de la mineralogía del suelo y del tipo y contenido de MO. ρr = 2,6 5 Mg m-3 Métodos para determinar ρr : - Método del picnómetro
  • 33. b.- Densidad aparente (ρa) Se refiere al peso por unidad de volumen de un suelo seco en horno. El espacio poroso es parte del volumen de suelo medido en la ρa, pero el suelo debe estar seco al horno para sacar el agua de los poros. La ρa está directamente relacionada con la estructura, sus valores dependen de la mineralogía del suelo, grado de estructuración y contenido de MO. Permite inferir dificultades para la emergencia, desarrollo radicular y la circulación de agua y aire. Suelos arenosos ρa = 1,5 – 1,7 Mg m-3 Suelos de textura media ρa = 1,3 – 1,4 Mg m-3 Suelos arcillosos ρa = 1,1 – 1,2 Mg m-3 Suelos turbosos ρa = 0,25 Mg m-3 Suelos lacustrinos ρa = 0,9 Mg m-3
  • 34. m DENSIDAD APARENTE ρa = V m: masa de suelo V: Volumen de suelo V: Vs + Vporos Menor ρa Mayor ρa
  • 35. Métodos para determinar ρa : -Método del cilindro - Método de la excavación (hoyo) Densidad aparente Densidad aparente (método del hoyo) (método del hoyo) Densidad aparente Densidad aparente (método del cilindro) (método del cilindro) - Método del terrón parafinado - Método de los rayos gamma (γ)
  • 36. La densidad aparente tiene importancia desde el punto de vista de manejo de suelo: - Provee información sobre el grado de compactación de los horizontes - Permite inferir dificultades para la emergencia, el enraizamiento y la circulación de agua aire “ No proporciona información acerca del tamaño, continuidad de los poros, ni fuerzas que han dado origen a la estructura, por lo que es necesario conocer la porosidad”
  • 37. C.- Porosidad Es la fracción ocupada por agua y aire, y es definida principalmente por el arreglo de las partículas minerales. Para caracterizar el sistema poroso es necesario, determinar la distribución de tamaño de poros y forma de poros. ρa EPT = 1 - ρr La porosidad puede determinar a partir de muestras no alteradas, con porosimetro, y con microscopio de barrido.
  • 38. Clasificación de poros 1.- Según su función, la clasificación de Greenland (1977)= - Poros de enlace < 0,005 µm de diámetro (tienen importancia en las fuerzas de enlace) - Poros residuales < 0, 5 µm de diámetro (relacionados a las interacciones químicas a nivel molecular) - Poros de almacenamiento entre 0,5 – 50 µm de diámetro (poros de almacenamiento de agua) - Poros de transmisión entre 50 -500 µm de diámetro (drenaje de agua y paso de las raíces)
  • 39. 2.- Según Tamaño: Macroporos (r >15 µm). Microporos (r < 15 µm). 3.- Según Localización: Intraagregados (texturales) Interagregados (estructurales)
  • 40. -Análisis de imagen (microscopio de barrido) Es posible caracterizar y cuantificar la estructura (forma, tamaño, irregularidad, orientación continuidad, etc). Se han identificado las siguientes formas de poros: - Regulares - Irregulares - Elongados
  • 41. d.- Consistencia Expresa la resistencia mecánica de su suelo a la deformación y a fluir bajo la acción de fuerzas mecánicas, que dependen de su contenido de humedad. Se debe a las fuerzas de cohesión y adhesión y es una consecuencia de su estructuración. Influyen propiedades como dureza, friabilidad, plasticidad y adherencia. líquido Limite plástico Limite Volumen del suelo expansión Limite de Plástico Fluido Friable Duro semisólido sólido w w w Cantidad de agua (w)
  • 42. EN SECO: DUREZA: Cualidad del suelo seco al aire de resistir a la presión entre el dedo pulgar y el índice. EN HÙMEDO: FRIABILIDAD: Cualidad del suelo de desmenuzarse fácilmente bajo una presión moderada. EN MOJADO: PLASTICIDAD: Cualidad por la cual el material edáfico cambia continuamente de forma al aplicarse una presión y mantiene esa forma luego de eliminar la presión. ADHESIVIDAD: Cualidad del material edáfico de adherirse a los objetos.
  • 43. LP: límite plástico Cohesión LP LL LL: Límite líquido Consistencia Plasticidad IP: Índice de plasticidad IP Adhesión Seco Húmedo Mojado Humedad El limite de expansión se define como el contenido de agua por debajo del cual el cambio de volumen deja de ser proporcional a la variación del contenido de agua
  • 44. La consistencia tiene importancia en: -El manejo del suelo cuando deben hacerse movimiento de tierra - Determinar el momento óptimo de laboreo - En el estudio de movimiento en masa por deslizamiento en masa por deslizamiento.
  • 45. Degradación física – estructural Se refiere a la destrucción de la estructura del suelo y de otras propiedades relacionadas Los cambios en las variables de la estructura del suelo son: - Forma, arreglo y geometría de los poros - Estabilidad, habilidad para mantener la forma y tamaño cuando es sometido a diferentes fuerzas - Resilencia, habilidad del suelo para recuperar la forma a través de procesos naturales
  • 46. Aireación Infiltración Almacenamiento de agua Dependen de la distribución de Drenaje tamaños de poros y su continuidad Escorrentía y Erosión hídrica Resistencia mecánica del suelo a penetración Dependen del arreglo y conexión entre Fragmentación o flujo partículas “ La degradación de la estructura del suelo es uno de los más graves problemas de degradación de tierras, debido a que las otras propiedades físicas, químicas y biológicas se ven afectadas”
  • 47. Pagliai (2003) Le Bissonnais (1996) Helming et al. (1998) Bosch y Onstad (1988) Deterioro de la estructura Sellado y Encostrado
  • 48. Capas compactadas a menos de 10cm de profundidad Prof. Juan Carlos Rey Suelo de Turén, estado Portuguesa
  • 49. Prof. Juan Carlos Rey Suelo compactado de Turén, Suelo no compactado de estado Portuguesa Guanare, estado Portuguesa
  • 50. Escaso desarrollo radical y deformación del patrón de distribución de las raíces Cultivo de maíz Suelo de Turén, estado Portuguesa Cultivo de papa suelo de sanare, estado Lara
  • 51. REGENERACIÓN (LAL, 1993) Recuperación del estado anterior, luego de una perturbación degradativa o cambio de uso de las tierras, cuando las condiciones son favorables. Algunos sistemas de uso y manejo para la recuperación estructural - Labranza reducida, mínima o labranza conservacionista -Aplicación de compost -Incorporación de residuos -Cultivos de cobertura -Sistemas de drenaje (bancales, surcos) -Siembras en contorno
  • 52. Gracias Viaje Edafología Aplicada I -2007