Unidad IV: Fase líquida del suelo Estructura y propiedades del agua Estado de energía del agua en el suelo Concepto y componentes del potencial total del agua Unidades de expresión del potencial agua Curvas características de humedad Conceptos de disponibilidad de agua en el suelo (saturación, capacidad campo, punto de marchitez permanente y coeficiente higroscópico)

IMPORTANCIA DEL AGUA EN EL SUELO Afecta el desarrollo de las plantas Es el solvente del suelo Afecta la temperatura del suelo Controla la aireación Regula el intercambio de gases Afecta la actividad microbiana Incide en el estado de óxido-reducción de los elementos Altera la plasticidad del suelo

105 ° Núcleo de Hidrógeno Núcleo de Oxígeno Lado Negativo Lado Positivo Núcleo de Hidrógeno

Superficie de la partícula del suelo ................. Puente de H Cohesión Adhesión

Tensión superficial del agua:72.8 newtons/mm a 20oC Aire Interfase Aire-Agua Agua Tensión superficial del agua:72.8 newtons/mm a 20oC

ASCENSO CAPILAR h: 2T Cos  r d g h: ascenso capilar (cm) T: tensión superficial (72,8 newtons/mm a 20oC) Cos : el ángulo de contacto es cero r: radio del capilar d: densidad del agua (1g/cm3) g: aceleración de la gravedad (981 cm/seg2) En suelo: h (cm):0.15/r (cm)

Energía en función de la velocidad del agua ENERGIA DEL AGUA Energía cinética= ½ m V2 Energía en función de la velocidad del agua Energía potencial=masa*acelerac.grav.*h Energía debido a la posición del agua dentro del suelo

Fuerzas que afectan el nivel de energía del agua Gravitacional Mátrica Osmótica

Potencial total del agua en el suelo (Ψt) : Es la cantidad de energía por unidad de agua necesaria para transportar reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua desde el estado estándar al punto considerado en el suelo Ψt=Ψg + Ψp + Ψm + Ψo Ψg =potencial gravitacional Ψp=potencial de presión hidrostática Ψm=potencial mátrico Ψo=potencial osmótico

POTENCIAL GRAVITACIONAL Energía del agua debido a la fuerza de la gravedad Se puede expresar como: la energía potencial de una unidad de peso de agua: Ψg: h h: altura del agua del suelo por arriba del nivel de referencia (dentro del perfil y en la parte inferior). Tiene valor positivo

POTENCIAL DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA Es la energía que tiene el agua en suelos saturados Tiene valor positivo

POTENCIAL MÁTRICO Es la energía de agua debido a la fuerza de retención de los poros y de adsorción de las partículas del suelo. En suelo saturado, su valor es 0 bar En suelo insaturado (debajo de -10 kPa o -0.1bar) su valor es negativo

POTENCIAL OSMÓTICO Es la energía del agua debido a la presencia de sales disueltas en el agua del suelo Se puede estimar: 1) Ψo (kPa) = -36 CEs (dS/m) CEs=conductividad eléctrica en el extracto de saturación 2) Ψo (kPa) = -RTC R=constante universal de gases T=temperatura en Kelvin C= concentración de solutos

POTENCIAL HIDRÁULICO (Ψh) Es importante en el movimiento del agua en el suelo y en suelos saturados Ψh=Ψg + Ψm + Ψp

SUCCIÓN Y TENSIÓN Los potenciales negativos se pueden expresar como tensiones o succiones. El agua de mueve de > potencial (-10 bar) a < potencial (-30 bar) El agua se mueve de < (10 bar) tensión a > tensión (30 bar)

UNIDADES DE EXPRESION DEL POTENCIAL DEL AGUA DEL SUELO Energía por unidad de masa de agua, Joules/kg Energía por unidad de volumen de agua, Pa:Newton/m2, kPa:103 Pa, MPa:106 Pa Energía por unidad de peso de agua, altura de columna de agua, cm o m bar=presión ejercida por una columna de agua de 1023 cm altura 0.1 bar=1 m= 10 kPa

CURVA CARACTERISTICA DE HUMEDAD Relación entre cantidad de agua y potencial mátrico A potenciales mátricos altos, > -1 bar (-100 kPa), la curva depende de la capilaridad y distribución del tamaño de poros (estructura) del suelo A potenciales mátricos bajos , entre -1 bar a -100 bar (-10000 kPa), la curva depende de la adsorción y superficie específica de los sólidos (textura) del suelo.

HISTERESIS La curva de humedad depende de si el suelo se está secando o humedeciendo. Causas de histéresis: no uniformidad en el tamaño y forma de los poros, 2) el aire atrapado en los poros 3) la expansión y contracción de las arcillas por humedecimiento y secado que afectan la distribución por tamaño de los poros.

DESCRIPCIÓN CUALITATIVA DE LA HUMEDAD DEL SUELO Máxima capacidad de retención de agua Contenido de agua cuando el suelo está saturado Capacidad de campo (CC) Contenido de agua a un potencial mátrico entre -0.1 y -0.30 bar (-10 a -30 kPa).

0 1 2 3 4 .55 .45 .35 .25 Capacidad de campo Días luego de la lluvia Contenido de agua (θ) (m3/m3 de suelo)

DESCRIPCIÓN CUALITATIVA DEL AGUA Punto de marchitez permanente (PMP) Contenido de agua a un potencial mátrico de -15 bar (-1500 kPa). La planta se marchita y no puede recuperar la turgencia tras 12 horas en una atmósfera saturada de vapor de agua. Coeficiente higroscópico Contenido de agua a un potencial mátrico -31 bar (-3100 kPa). La atmósfera que rodea a una muestra de suelo está saturada de vapor de agua (98% HR).

Contenido de agua en el suelo (θ) (volumen %) Capacidad de retención máxima Capacidad de campo Agua gravitacional No disponible Agua disponible Agua capilar Rápidamente disponible Poco disponible Zona óptima Punto de marchitez Coeficiente higroscópico Agua higroscópica -1 -10 -100 -1000 -10.000 -100.000 -1.000.000 (Alto) -1.500 -3.100 (Bajo) Potencial mátrico del suelo (kPa, escala logarítmica) 60 50 40 30 20 10 Contenido de agua en el suelo (θ) (volumen %)

Capacidad de campo Punto de marchitez 100 gr 40 mL 20 mL Aire 10 mL Saturación Capacidad de campo Punto de marchitez Espacio poroso 100 gr 40 mL 20 mL Aire 10 mL 8 Suelo saturado Coeficiente higroscópico Sólido Agua

Capacidad de campo y punto de marchitez permanente Aproximadamente, el contenido de humedad a capacidad de campo es la mitad del de saturación y el de punto de marchitez permanente es 50% del de capacidad de campo

AGUA DISPONIBLE Se calcula como la diferencia en la cantidad de agua (expresada en volumen) entre CC (-33 kPa) y PMP (-1500 kPa) Es importante para definir la cantidad de riego Representa la máxima cantidad de agua disponible para las plantas que puede almacenar el suelo.

FACTORES QUE AFECTAN EL AGUA DISPONIBLE Textura del suelo Contenido de materia orgánica Compactación del suelo Presencia de sales Profundidad del suelo y presencia de capas compactadas

Capacidad de campo Agua disponible Punto de marchitez Agua no disponible Agua disponible Punto de marchitez Capacidad de campo 40 32 24 16 8 Contenido de agua del suelo (θ) (volumen %) Texturas finas Arenoso Franco arenoso Franco Franco limoso Franco arcilloso Arcilloso

Contenido de agua en el suelo (θ) (m3/m3 de suelo) 0 1 2 3 4 5 6 7 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 Capacidad de campo Punto de marchitez permanente % de Materia orgánica Contenido de agua en el suelo (θ) (m3/m3 de suelo)

Efecto de la compactación en el agua disponible A mayor densidad aparente del suelo menor es la cantidad de agua disponible debido a: una menor cantidad de macroporos lo que significa menos cantidad de agua retenida a capacidad de campo y un mayor número de microporos muy finos que aumenta la cantidad de agua retenida a punto de marchitez permanente

Efecto de la presencia de sales en el agua disponible El potencial osmótico tiende a reducir el agua disponible ya que más agua es retenida en el punto de marchitez permanente. Importante en suelos de regiones secas.