Unidad I. Tema 2. Relación Suelo-Agua-Planta-Atmósfera

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL SUR DE LAGO
“JESÚS MARÍA SEMPRUM”
PFG INGENIERÍA DE LA PRODUCCIÓN AGROPECUARIA
UNIDAD CURRICULAR: RIEGO Y DRENAJE
UNIDAD I:
TEMA 2: RELACIÓN SUELO-AGUA-PLANTA-ATMÓSFERA
MAYO, 2023
Profa. Jacqueline Romero
Ingeniera Agrónoma
Magíster Scientiae en Ingeniería de Riego y Drenaje
Doctora en Ciencias Agrarias

Dra. Jacqueline Romero
U.C. Riego y Drenaje
UNIDAD II:
RELACIÓN SUELO-AGUA-PLANTA-
ATMÓSFERA
1.- Propiedades físicas del suelo
Las propiedades físicas son aquellas
relacionadas con la organización estructural
de un suelo, que son utilizadas en su
descripción o determinadas en el laboratorio
y que equivalen a su arquitectura.

1.1.- Textura

Es una expresión cualitativa y cuantitativa del tamaño de
las partículas. Cualitativa ya que se refiere al
comportamiento que resulta del tamaño y de la naturaleza
de los constituyentes del suelo, y cuantitativa por ser una
expresión porcentual. Se refiere a la proporción relativa en
peso de los diferentes tamaños de partículas existentes en
él, expresada como porcentaje de la fracción mineral.
1.1.- Textura
Se distinguen básicamente tres tipos de partículas: arcilla,
limo y arena.

1.1.- Textura
Arenas: Fragmentos de roca o minerales. En la arena fina
predominan partículas individuales de minerales
primarios y en la arena gruesa fragmentos de rocas.
Limos: Minerales o fragmentos de rocas, dominando en la
fracción fina los minerales primarios individuales y
eventualmente minerales secundarios del tipo arcilla
de tamaño grueso como la caolinita.
Arcilla: Minerales secundarios arcillosos del tipo
cristalino, con una estructura compleja en capas en el
caso de las arcillas cristalinas; arcillas de bajo grado
de cristalinidad, como el alofán y la imogolita y las
llamadas arcillas hidróxidos u óxidos de hierro y
aluminio.

1.1.- Textura
Arcilla:
Fracción coloidal, incluye arcillas amorfas y cristalinas.
Alta plasticidad y adhesividad.
Capacidad de expansión y contracción.
Alta capacidad de retención de agua.
Alta capacidad de retención de iones.
Superficie específica alta.
Permeabilidad e infiltración bajas.
Microporosidad elevada.

1.1.- Textura
Limo:
Partículas de forma irregular.
Alta plasticidad y adhesividad media.
Capacidad media de retención de agua.
Permeabilidad e infiltración media a baja.
Poca actividad química.
Escasa o nula capacidad de retención de iones.
Baja fertilidad física.
Riesgo de sellado y encostramiento superficial.

1.1.- Textura
Arena:
Partículas de forma irregular.
Baja adhesividad y plasticidad.
Poca capacidad de retención de agua.
Inactividad química.
Macroporosidad alta.

1.1.- Textura
Existen dos métodos para determinar las clases
texturales: al tacto y el análisis granulométrico.

1.1.- Textura
Fracción Diámetro
(mm)
Número de
partículas/g
Área
cm2/g
Arena muy
gruesa
2,00 – 1,00 90 11
Arena gruesa 1,00 – 0,50 720 23
Arena media 0,50 – 0,25 5.700 45
Arena fina 0,25 – 0,10 46.000 91
Arena muy fina 0,10 – 0,05 722.000 237
Limo 0,05 – 0,002 5.776.000 454
Arcilla <0,002 90.260.853.000 8.000.000

1.1.- Textura
Para la ubicación de la clase textural una vez conocidos
los porcentajes de las distintas fracciones, se utiliza el
triangulo textural.

1.1.- Textura
Importancia de la textura
La textura es la propiedad física más importante del suelo.
Estable en el tiempo, no modificable a la escala agrícola.
Afecta esencialmente a todas las propiedades físicas y
muchas propiedades químicas y biológicas se correlacionan
con esta.
Influencia de la textura en el suelo
Porosidad total.
Aireación.
Retención y movimiento de agua en el suelo.
Escurrimiento superficial e infiltración.
Drenaje y permeabilidad.
Desarrollo de la estructura y estabilidad de los agregados.
Susceptibilidad de erosión.
Fertilidad y contenido de materia orgánica.
Físico-química del suelo.

1.2.- Estructura
La estructura del suelo corresponde a la forma en que se agrupan
las partículas elementales (arena, limo y arcilla) en agregados. Es
uno de los primeros procesos que ocurre en el suelo, junto con la
incorporación de materia orgánica y que distingue a este del
material geológico.

1.2.- Estructura
Se distinguen cuatro tipos generales de estructura:
1) Laminar: en la cual los agregados son unidades de
diferente espesor con el eje horizontal más desarrollado.
2) Prismática: los agregados son alargados, tienen el eje
vertical de mayor tamaño que el eje horizontal.
3) De bloques: los ejes horizontales y verticales son de
dimensiones similares, de tal manera que los agregados
son aproximadamente equidimensionales.
4) Granular: son esferas porosas, imperfectas, de tamaño
pequeño, de caras redondeadas y de superficies
irregulares.

1.2.- Estructura

1.2.- Estructura
Importancia de la estructura
La estructura influye en:
Capacidad de retención de agua e infiltración.
Aireación.
Intercambio gaseoso.
Densidad del suelo.
Desarrollo radical.
Susceptibilidad a la erosión.

Corresponde al peso de la unidad de volumen de los
sólidos del suelo.
El promedio aproximado es de 2,65 g/cm3, y se refiere
al peso ponderado de las partículas minerales
constituyentes más comunes y poca materia orgánica.
Suelos con gran contenido de materia orgánica
tendrán una densidad real cercana o bajo 2,5 g/cm3.
Densidad real (Dr):
1.3.- Densidad

1.3.- Densidad
Densidad aparente (Da):
La densidad aparente se define como el peso del suelo
por unidad de volumen de suelo inalterado, tal cual se
encuentra en su emplazamiento natural. Es muy
variable en los suelos y tiene relación con el manejo y
los cambios físicos en él, como compactación; en este
sentido afecta la estructura, la circulación del agua, del
aire y el enraizamiento. Junto con la densidad real,
fácilmente inferible, permite calcular la porosidad.

1.3.- Densidad
El aumento de la densidad aparente se traduce en compactación
de los suelos y resistencia mecánica al enraizamiento.

1.4.- Porosidad
Corresponde a la porción de un volumen
dado de suelo no ocupado por sólidos.
Está ocupado por aire y/o agua.
Deja los espacios para el establecimiento del
sistema radical.
Es muy variable en los suelos.

Cálculo del espacio poroso:
1.4.- Porosidad
%Espacio poroso + %Espacio sólido = 100
%Espacio poroso = 100 - %Espacio sólido
%Espacio sólido =
%Espacio poroso =













100
Dr
Da













 100
100
Dr
Da

1.4.- Porosidad
Ejemplo: Suelo con una densidad aparente de 1,45 g/cm3.
%Espacio poroso =
%Espacio poroso =
%Espacio poroso = 45,3













 100
65
,
2
45
,
1
100
 
100
547
,
0
100 


1.4.- Porosidad
La penetración radical disminuye con el aumento de la
densidad aparente y se ve favorecida por la disminución de
la tensión de humedad en el suelo, como puede observarse
en la siguiente figura, para el algodón:

La porosidad de aireación tiene una relación inversa con
la densidad aparente, aumentando considerablemente a
valores bajos de densidad aparente.
Se entiende por porosidad de aireación al volumen de
poros mayores de 0,060 mm expresados en porcentaje.
El crecimiento radical es satisfactorio con una porosidad
de aireación mayor de un 10%, los suelos arcillosos mal
estructurados se encuentran cercanos a este límite; en
cambio, los suelos arenosos tienen alrededor de un
40%.
1.4.- Porosidad

La porosidad afecta:
Almacenamiento de agua e infiltración del
agua.
Aireación.
Penetración radical y arraigamiento.
Labores culturales y manejo del suelo.
1.4.- Porosidad
Tipo de poros Textura
Porosidad total arcilla>limo>franco>arena
Proporción poros grandes arena>franco>limo>arcilla
Proporción poros medios franco>limo>arcilla>arena
Proporción poros finos arcilla>limo>franco>arena
Relación entre textura y porosidad, considerando iguales otras propiedades
de los suelos:

2.- Humedad del suelo
2.1.- Formas de expresar la humedad del suelo:
a) Humedad gravimétrica (W): El contenido
gravimétrico de agua del suelo, es su masa en
relación a la masa del suelo seco.
100
*
% 






Ms
Ma
W
Donde:
%W= porcentaje de humedad gravimétrica
Ma= Masa de agua
Ms= Masa de suelo seco

b) Humedad Volumétrica (θ): El contenido de agua
volumétrica se determina en relación con el
volumen total del suelo, y su uso, al trabajar con
unidades de volumen y no de masa permite
cuantificar más fácilmente, el flujo de agua a
aplicar.
100
*
% 








t
a


c) Lámina de agua (d): Espesor que tendría la humedad
de un suelo si se coloca sobre un estrato completamente
impermeable (que debe tener la misma área superficial del
suelo).
100
*
*
% f
Da
W
d 
100
*
% f
d


Donde:
d= lámina de agua
Da= densidad aparente
f= profundidad del suelo

2.2.- Retención de humedad en el suelo:
Métodos para determinar la humedad del suelo:
A. Métodos directos (gravimétricos).

2.2.- Retención de humedad en el suelo:
Métodos para determinar la humedad del suelo:
B. Métodos indirectos.
1) Los bloques de yeso (Bouyoucos).
2) El aspersor de neutrones.
3) Tensiómetro.
4) El psicómetro

2.3.- Constantes de humedad:
1) Saturación.

2) Capacidad de campo (cc).

3) Punto de marchites permanente (pmp).

2.4.- Humedad aprovechable (HA) ó Agua útil (AU).

2.4.- Humedad aprovechable (HA) ó Agua útil (AU).
)
( pmp
cc
AU 
 

Da
Wpmp
Wcc
AU *
)
( 

Donde:
AU= agua útil
Θcc= Humedad volumétrica a capacidad de campo
Θpmp= Humedad volumétrica a punto de machites permanente
Wcc= Humedad gravimétrica a capacidad de campo
Wpmp= Humedad gravimétrica a punto de machites permanente

2.5.- Lámina de humedad aprovechable (LHA) ó Lámina
útil (du).
100
*
)
%
(% f
pmp
cc
du

 

Corresponde al agua almacenada entre capacidad de campo y
punto de marchites permanente, expresada como altura de
agua. Por ello, se obtiene de la multiplicación de la humedad
aprovechable o agua útil, en masa o volumen de agua, por la
profundidad de un estrato o del perfil del suelo.
100
*
*
)
%
(% f
Da
Wpmp
Wcc
du



2.6.- Lámina neta (dn).
Corresponde a la altura de agua, producto de la lámina
útil (du) y el umbral de riego (Ur). Refleja el gasto neto
de agua permitido a un cultivo antes de la aplicación del
riego siguiente.
100
)
*
( Ur
du
dn 

2.7.- Criterio de riego (Cr) ó Umbral de riego (Ur).
Corresponde a la cantidad de agua que se permite consumir
al cultivo desde el último riego, por efecto de la
evapotranspiración, para volver a regar. Este criterio se
relaciona principalmente con la rentabilidad del cultivo y la
disponibilidad de agua. De modo que, si el cultivo es muy
rentable, el criterio o umbral de riego será exigente para
evitar cualquier situación de estrés al cultivo, lo inverso si el
cultivo es poco rentable.
100
*







du
dn
Ur
Ur para hortalizas: 30%
Ur para la mayoría de los
cultivos: 50%
Ur para sorgo: 60%

2.8.- Lámina bruta (db).
Es la lámina de agua necesaria para reponer en forma eficiente
la lámina neta (dn) a lo largo de la unidad de riego. Esta lámina
considera todas las pérdidas e ineficiencias del sistema de riego
empleado.
))
1
(
*
( RL
Efa
dn
db


Donde:
db= lámina bruta
Efa= Eficiencia de aplicación del riego (decimal)
RL= Requerimiento de lavado del suelo por presencia de
sales

2.9.- Frecuencia de riego (Fr).
Corresponde a los intervalos de tiempo entre riegos
sucesivos.
ETc
dn
Fr 
Donde:
Fr= Frecuencia de riego
dn= Lámina neta
ETc= Evapotranspiración real del cultivo

3.- Salinidad de los suelos.
3.1.- Suelos afectados por sales:
Los suelos afectados por sales son aquellos que por
razones climáticas, de manejo y/o de drenaje tienen un
contenido anormal de sales, que afectan de alguna
manera la productividad de los cultivos. Dependiendo
del tipo y concentración de sales, se producen efectos
tóxicos en los cultivos o deterioro en las propiedades
físicas del suelo (Na), disminuyendo la provisión de
oxígeno y la infiltración del agua.

Frente a un problema real o supuesto de salinidad
deben caracterizarse los suelos en relación a:
• Contenido de sales solubles (en el extracto de la
pasta de saturación).
• Porcentaje de sodio intercambiable (PSI).
• Relación de adsorción de sodio (RAS).
• Contenido de elementos tóxicos (boro, cloruros,
sodio).

El porcentaje de sodio intercambiable (PSI) y la relación
de adsorción de sodio (RAS) se pueden calcular mediante
fórmulas, que se indican a continuación:
Donde:
Na+: miliequivalentes por litro de sodio
Ca++: miliequivalentes por litro de calcio
Mg++: miliequivalentes por litro de magnesio
2
)
( 






Mg
Ca
Na
RAS

)
*
01475
,
0
(
0126
,
0 RAS
RSI 


)
1
(
)
*
100
(
RSI
RSI
PSI


La relación de adsorción de sodio (RAS) es un índice que
evalúa el efecto del Na en el deterioro de las propiedades
físicas (infiltración, permeabilidad, densidad) del suelo cuando
éste se encuentra en mayor cantidad que la suma del calcio y
el magnesio. El Na tiene un efecto dispersante de las
partículas del suelo que tiende a sellarlo y a formar costras.

Tipos de suelos afectados por sales.
Tipo Conductividad
Eléctrica del
extracto a
saturación CEe
(dS/m)
Porcentaje de sodio
intercambiable
(PSI)
Suelo salino >4 <15
Suelo salino-sódico >4 >15
Suelo sódico <4 >15
Categoría Relación de adsorción de sodio (RAS)
Sin problemas <10
Problemas crecientes 10 – 15
Serios problemas >15

El efecto principal de la salinidad en los cultivos es la
disminución del rendimiento, que puede ser estimada
mediante la ecuación siguiente:
 
)
(
*
100 A
CEe
B
Y 


Donde:
Y= rendimiento relativo del cultivo en %
CEe= conductividad eléctrica en el suelo en dS/m
A y B= coeficientes de tolerancia de los cultivos

Cultivo A B Tolerancia
Guisantes 1,0 19 Baja
Maíz 1,7 12 Media
Trigo 6,0 7,1 Media
Alfalfa 2,0 7,3 Media
Trébol 1,5 12 Media
Espárrago 4,1 2,0 Alta
Brócoli 2,8 9,2 Media
Zanahoria 1,0 14 Media
Lechuga 1,3 13 Media
Tomate 2,5 9,9 Media
Almendro 1,5 19 Baja
Albaricoque 1,6 24 Baja
Uva 1,5 9,6 Media
Coeficientes A y B para algunos cultivos.

Tolerancia relativa de las hortalizas a la salinidad.
Alta
(5 - 8 dS/m)
Media
(3 – 5 dS/m)
Baja
(2 – 3 dS/m)
Espárrago Tomate
Brócoli
Repollo
Pimiento Bell Pepper
Coliflor
Lechuga
Maíz dulce
Papa
Zanahoria
Cebolla
Arveja
Pepino
Rábano
Apio
Guisantes verdes

Tolerancia relativa de cultivos anuales a la salinidad.
Alta
(6 – 12 dS/m)
Media
(3 – 6 dS/m)
Baja
(2 – 3 dS/m)
Cebada
Remolacha
Algodón
Centeno (grano)
Trigo
Avena (grano)
Árroz
Sorgo (grano)
Maíz (grano)
Lino
Cártamo
Guisantes

3.2.- Origen de las sales.
•Se acumulan cuando son introducidas por el
agua de riego rica en sales.
•Aplicación de aguas de riego de mala
calidad y sin lixiviación adecuada.
•Materiales parentales ricos en sales.
•Clima árido y desértico donde la lixiviación
es limitada.
•Acumulación de sales por mal drenaje,
asociado a zonas depresionales.

3.3.- Efectos de la salinidad.
•Mala germinación de semillas.
•Limita el crecimiento vegetal.
•Limitada disponibilidad de agua por exceso de iones
disueltos en la solución del suelo.
•Problemas eventuales de toxicidad (boro, sodio,
cloruros).
3.4 Efectos del sodio (Na).
•Un contenido elevado de sodio determina una condición
física inadecuada en el perfil del suelo, reduciendo la
infiltración del agua.
•Induce condiciones químicas y nutricionales no
deseables.

3.4 Efectos del sodio (Na).
•La dispersión de agregados y la reducción del tamaño de poros
disminuyen la permeabilidad del suelo al aire y al agua.
•El sodio puede ser el ión dominante en la solución del suelo debido
a la naturaleza de las sales solubles agregadas a dicho suelo, o que
el Ca y Mg se encuentran precipitados por combinación con los
aniones presentes.
•Los iones Ca++ y Mg++ contrarrestan los efectos del sodio.
•La evaluación de la condición de suelo sódico se basa en la razón
de adsorción de sodio (RAS) del extracto de una pasta saturada.
•Las concentraciones se expresan en meq/L.
•En un suelo salino-sódico el pH no llega normalmente a más de 8,5.
•Suelos sódicos no-salinos pueden tener un pH de 9 o más y así
reducir la disponibilidad de los nutrientes.
•La presencia de una película superficial oscura es, generalmente,
indicativo de condiciones de suelo sódico, aunque no todos los
suelos sódicos presentan esta característica.

3.5 Habilitación de los suelos afectados por sales.
Cuando la causa de la salinidad es una condición de mal drenaje,
asociada a una alta demanda evapotranspirativa (clima), que facilita
el ascenso de la solución salina y su posterior concentración por
evaporación del agua, por lo tanto el proceso de habilitación
comienza con el drenaje del suelo.
Cuando se trata de un suelo salino no sódico, el proceso continúa
con el lavado de las sales del perfil del suelo, aplicando agua en
exceso, con objetos de que el agua de percolación arrastre las
sales fuera del perfil hacia los drenes o en profundidad fuera del
alcance de las raíces.
Si el suelo es salino sódico, después del drenaje del suelo, debe
aplicarse una enmienda, generalmente el yeso, que es una sal
soluble, que en la solución libera iones de Ca++ que van a desplazar
al Na+ del complejo de intercambio, que es eliminado
posteriormente por lavado del perfil del suelo.

Se adiciona agua según un requerimiento de lixiviación.
•El requerimiento de lixiviación (RL) es la proporción del
agua, aplicada con el riego, que debe atravesar la zona
radical para mantener las sales a un nivel determinado.
•También se expresa como fracción de lavado (FL).
•Para estimar el RL debe conocerse la salinidad del agua de
riego y la tolerancia a la salinidad de los cultivos.
•La relación entre la conductividad eléctrica del agua de
riego (CEa) y la conductividad eléctrica del suelo (CEe) y
fracción de lixiviación para distintos grupos de cultivos
aparece en la figura 16; se considera en este gráfico que el
RL es equivalente a la fracción de lixiviación (FL) y que el
rendimiento potencial del cultivo es de 100%.

Efecto del agua de riego (CEa) sobre la salinidad promedio
del suelo (CEe) para varias fracciones de lixiviación (FL).

Las ecuaciones para calcular el requerimiento de lixiviación
(RL), son:
1.- Para riego por superficie y aspersión convencional:
)
)
*
5
(( CEa
CEe
CEa
RL


Donde:
RL= requerimiento mínimo de lixiviación para el control de
sales en el rango de tolerancia de un cultivo.
CEa= conductividad eléctrica del agua de riego en dS/m
(mmho/cm)
CEe= conductividad eléctrica máxima del extracto de
saturación en dS/m

2.- Para riego por aspersión y localizado de alta
frecuencia (casi diariamente):
max)
*
2
( CEe
CEa
RL 
Donde:
RL= requerimiento de lixiviación para el caso de riego por
aspersión y localizado de alta frecuencia (casi diariamente)
CEa= conductividad eléctrica del agua de riego en dS/m
(mmho/cm)
CEe max= conductividad eléctrica máxima del extracto de
saturación en dS/m

Grado de tolerancia de los cultivos a las sales según las
cosechas. Tomado de Ayers y Westcot (1976).

4.- Calidad de agua para riego.

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