Propiedades físicas del suelo Aireación Gilberto Cabalceta Aguilar Centro de Investigaciones Agronómicas Universidad de Costa Rica
Aireación del suelo Intercambio de gases entre el espacio de poros del suelo y el aire atmosférico El aire en el suelo se usa para: 1. *Respiración de raíces: crecimiento y función 2. *Respiración de microorganismos y animales del suelo 3. *Oxidación de la M.O. 4. Procesos de oxidación inorgánica (Nitr. de N2, Oxid. de Fe2+, Mn2+, S2-) *Consumen mayor volumen y producen el CO2 Potencial Oxidación Reducción (electrodo platino) Eh7 = 550 - 650mv suelos bien aireados Eh7 = 270mv suelos mal aireados (0% de O2) Eh7 = -300mv colores grises Efecto directo del O2 = 170mv
Aireación del suelo RDO = Tasa de difusión de O2 en un punto RDO = (i/a) 0,4974 i= intensidad de corriente eléctrica (microamperios) a= área de exposición electrodo de platino (cm2) RDO < 25 x 10-8 g/cm2/minuto, pocas raíces Comparación de la composición del aire atmosférico y el aire del suelo
Aireación del suelo Cantidad total de poros para aire depende de: Poros (espacio) Cantidad de líquido Mayor concentración de CO2: a. Impedimento para remover CO2 Inundación Crecimiento rápido de raíces b. Mayor profundidad 1,5m profundidad [CO2] 5 - 10% y [O2] 1 - 2% > humedad y < espacio aéreo (Ea) Ea a CC < 10% problemas de aireación por no formar canales continuos Aireación buena 10-20% Ea a CC Aireación regular 5-10% Ea a CC Aireación mala < 5% Ea a CC O2 CO2 Microorganismos p.e.: Caña azúcar: 11% Ea Frijol rojo 27-R: 25%Ea
[O2] crítica para crecimiento de raíces: Aireación del suelo [O2] crítica para crecimiento de raíces: [CO2] tóxica: Raíces de algodón: 15% es crítico > 30% reduce 50% crecimiento Raíces de tomate: 9,1% es crítico 28,8% reduce mucho el crecimiento
Aireación del suelo Movimiento de gases en el suelo Producción de CO2 y consumo de O2 Intercambio de gases suelo/atmósfera a. Flujo de masas o viscoso: relación presión/volumen -Movimiento por gradiente de presión, ej. Se irriga y el gas sale b. Difusión gaseosa: gradiente de concentración o presión parcial (predomina) Importante: [O2] depende escape CO2. Mayor 10 veces mayor en verano
Aireación del suelo Aireación e incidencia de enfermedades: Poco aire, raíces débiles, más susceptibles al ataque de patógenos: - Forsythe y Pinchinat: más de 2 inundaciones de 15 horas c/u reduce 95% crecimiento en frijol - Honduras: Suelo para banano se inunda y se reduce nemátodos (antes de siembra) Compactación y aireación: Impedimento mecánico: O2 difunde 10 000 veces más en aire que en agua
Aireación del suelo Efecto en microorganismos: suelos inundados: menor descomposición de M.O. más Fe+2 y Mn+2 (tóxico) Técnicas para mejorar aireación: a. Drenaje adecuado. Elimina exceso de agua b. Arado, subsolado: elimina compactación c. + M.O., + poros, + estructura d. Fertilización, + crecimiento radical, + M.O.
Aireación del suelo Difusión gaseosa: Jg= -D’Cg/s = velocidad de difusión de un gas en el suelo donde; D’= coeficiente actual de difusión del gas en el suelo Cg= diferencia en la concentración del gas a través de una longitud s D’ es variable en el suelo, puede estar relacionado con el coeficiente del mismo gas en el aire libre (D’o): D’ = 0,6D’oVa/Vt; por sustitución se obtiene; Jg= -0,6D’oVa/Vt x Cg/s = -0,6D’o Ea Cg/s Los factores que influyen sobre Va, y por lo tanto, sobre Ea son: 1. Contenido de agua 2. Compactación
Ejercicio 1 Una muestra de suelo sin compactar tiene un volumen poroso lleno de aire de 20cm3, un volumen poroso lleno de agua de 20cm3 y un volumen de sólidos de suelo de 50 cm3. El suelo es luego compactado hasta que el volumen poroso lleno de aire es de 10cm3. Se desea conocer el % de disminución de la tasa de difusión de O2 (JO2), asociada con un 50% de disminución del volumen poroso. Ea = Va/(Va + Vw +Vs); Suelo sin compactar Eai = 20cm3/(20+20+50)cm3 = 0,222 Suelo compactado Eaf = 10cm3/(10 + 20 + 50)cm3 = 0,125
Ejercicio 1 La tasa de difusión para el O2 es: JO2 = -0,6D’oEaCO2/s La disminución porcentual en la tasa de difusión de O2 es: % de disminución = JO2i - JO2f/JO2i Si la gradiente CO2/ s permanece sin cambio, entonces la tasa de difusión de O2 es proporcional a la porosidad de aireación y: % de disminución = (Eai - Eaf/ Eai)100 = (0,222-0,125/0,222)100 = 44%
“Para muchas plantas se ha encontrado que la aireación es problemática cuando Ea < 0,10. En la práctica, la aireación es un problema si los contenidos de agua son muy altos” Ejercicio 2 Se tienen 3 muestras de suelo de 100cm3, con ap de 1,3-1,5-1,7 g/cm3, respectivamente y con p de 2,6 g/cm3 para todas. Se desea conocer los volúmenes de agua que se pueden agregar a éstos suelos secos para mantener Ea = 0,10 Ea = Va/Vt y por lo tanto; Va=EaxVt=(0,10)(100cm3) = 10cm3 Puesto que el volumen aparente es: Vt = Va + Vw + Vs Vw = Vt - Va - Vs
Ejercicio 2 Si el suelo está inicialmente seco, el volumen de agua que debe ser agregado para hacer Va=10cm3 es Vw=Vt-10cm3-Vs; se debe conocer Vs para cada suelo Se sabe que: p = Ms/Vs y por tanto: Vs=Ms/p y s=Ms/Vt y por lo tanto, Ms = s x Vt De esto resulta que Vs = s x Vt/ p Vs = 1,30/2.60 x 100 = 50 cm3 Vw = Vt - 10cm3 - Vs = 100 - 10 - 50 = 40cm3