RELACION SUELO-AGUA-PLANTA AÑO 2008

Transcripción

1 RELACION SUELO-AGUA-PLANTA AÑO 2008 Prof. Edmundo Acevedo H. Prof. Herman Silva R. Prof. Asistente Paola Silva C. Ayte. Mauricio Ortiz L.

2 OBJETIVO Estudio de los principios y prácticas asociadas a las relaciones existentes entre el suelo, el agua y las plantas.

3 PROGRAMA Introducción El sistema suelo-agua Retención del agua en el suelo. Formas de expresar el contenido de agua en el suelo. Energía del agua en el suelo. Concepto de potencial hídrico. Concepto estático de la disponibilidad de agua. Medición de humedad del suelo. Métodos. Conductividad hidráulica. Movimiento de agua en el suelo. - Flujo saturado. - Flujo no saturado. Concepto dinámico de la disponibilidad de agua.

4 Infiltración del agua en el suelo. Sistemas de labranza y su influencia en la infiltración, evaporación y almacenamiento del agua en el suelo. - Labranza tradicional. - Mínima labranza. - Cero labranza y residuos vegetales.

5 El sistema agua-planta. Estructura de la planta. Vías de paso del agua. Movimiento del agua en las plantas. - Flujo conservativo. - Flujo no conservativo. Medición del estado hídrico en las plantas. Métodos. Membranas celulares. Transporte a través de membranas. Salinidad. Contraste entre la absorción del agua y de los iones.

6 Sistema planta-atmósfera. Suministro. Partición y disipación de energía. Evaporación. Aspectos físicos y del medio ambiente. Transpiración y fotosíntesis. Control estomático y resistencia. Evapotranspiración.

7 Continuo suelo-planta-atmósfera. Integración de procesos de transporte de agua. Regulación del crecimiento aéreo y radicular.

8 Resistencia a estreses ambientales físicos. Agua, temperaturas extremas,salinidad. Eficiencia del uso del agua.

9 Aplicación de la relación suelo-agua-planta a la programación de riego.

10 EVALUACIÓN - Primera Prueba de cátedra 25% - Segunda Prueba de cátedra 25% - Quizz 25% - Práctica 25%

11 PRACTICAS Dra. Paola Silva Dr. Eduardo Martinez Ing. Agr. Mauricio Ortiz Dr. Herman Silva R

12 Propiedades del agua Molecula dipolar Eléctricamente neutra Carga distribuida asimétricamente Una molécula con otra se relaciona a través de la carga eléctrica (Puentes de hidrógeno). El agua es atraída por las cargas negativas de las partículas del suelo

13 Adsorción

14 AGUA EN EL SUELO

15 SUELO 50% AGUA 25% AIRE 25%

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17 Capacidad de Campo (C. de C.). Es el contenido de agua de un suelo,después que ha sido mojado abundantemente y se ha dejado drenar libremente, evitando las perdidas por evapotranspiración alrededor de 24 a 48 horas después del riego o la lluvia. Corresponde aproximadamente al contenido de agua del suelo a una tensión o potencial mátrico del agua de bares.

18 Punto de Marchitez Permanente (P.M.P.). Es el contenido de agua de un suelo al cual la planta se marchita y ya no recobra su turgencia al colocarla en una atmósfera saturada durante 12 horas. Por convención corresponde al contenido de aguaa una tensión o potencial mátrico de -15 bares.

19 Saturación (poros llenos de agua) CC Humedad aprovechable PMP Seco en Estufa a 105 C por 24 horas (poros llenos de aire)

20 Contenido de humedad Textura C. de C. (%) P.M.P. (%) Arcillosa Franco Arcillosa Franca Franco arenosa Arenosa

21 HUMEDAD DISPONIBLE EN EL SUELO Ha = CC- PMP Hd = Ha x U.R. Hd = (CC -PMP) x Da x prof x UR Hd = (CC-Pw) x Da x prof Pw = CC Hd Hsat = (%E Pw x Da) x prof Pw es el contenido de humedad en el umbral de riego

22 Capilares

23 Características del agua Cohesión Adhesión Capilaridad Angulo de contacto F ascenso = σ cos 2 π r Tensión superficial radio

24 radio gravedad F descenso = π r 2 h δ g altura densidad

25 Modelo Supuesto : suelos compuestos por capilares de diámetro variable. F ascenso = σ 2 π r F ascenso σ 2 π r 2 σ = = Superficie π r 2 r = Tensión de agua en el suelo (ψ m)

26 2σ τ = r

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29 Potencial hídrico Se llama Potencial hídrico total (Ψ) a la energía libre por mol de agua, es decir a la capacidad de realizar trabajo del agua. El potencial hídrico se puede expresar como la suma de sus componentes (campos de fuerza que quitan energía al agua) Ψ = ψg + ψp + ψm + ψs

30 Potencial gravitacional (ψg) : Es el trabajo que se realiza al trasladar una cantidad infinitesimal de agua respecto a un nivel de referencia. Este potencial dependerá de un nivel de referencia, pudiendo ser positivo o negativo, sobre o bajo el nivel de referencia respectivamente. Potencial de presión (ψp) : Está referido a la presión atmosférica. Pudiendo ser positivo (en la presencia de una columna de agua, en la presión que ejerce la vacuola en contra de la pared celular conocido como potencial de turgor) o negativo (disminución de la energía del agua por la matriz del suelo).

31 Potencial mátrico (ψm): Es la reducción de energía libre del agua debido a las fuerzas de cohesión y adhesión entre moléculas de agua-agua y agua-sólido. Debido a que en la matriz del suelo existen poros con aire y agua se produce un fenómeno que se conoce como tensión superficial. La magnitud en que disminuye la energía libre es función del radio efectivo de los poros, a mayor radio efectivo mayor es el potencial mátrico. Se mide con tensiómetros (de bourdon o de mercurio) o con bloques de yeso. Su valor es cero o negativo. Potencial de solutos (ψs) o potencial osmótico(ψo): Es la reducción de energía libre del agua debido a la presencia de solutos. Adquiere importancia cuando el agua está separada por una membrana semipermeable. Siempre se presenta en las células. Su valor es negativo.

32 Instrumentos que miden el estado hídrico del suelo 1. Tensiometro Mide ψm En rango húmedo (hasta - 0,7 bares)

33 2. Bloques de yeso Mide ψm En rango seco (de -0,5 bares a más negativo) 3. Aspersor de neutrones Mide ω ó θ

34 Aparatos para medir el contenido de agua del suelo

35 Medición del contenido de agua Métodos directos: Gravimétrico ω Volumétrico θ Métodos indirectos: Volumétrico Tensiométrico

36 Métodos directos Principios Secado en estufa a 105 C hasta masa constante (48 h) Ventajas Precisión (balanza) Bajo costo Desventajas Tiempo muestreo + secado Muestreo destructivo No repetible en el mismo punto

37 Métodos indirectos Metodos volumétricos de campo Se estima θ a partir de una muestra no perturbada en campo. Métodos tensiométricos Se estima el contendi de agua a partir de una tensión

38 Medición de neutrones Métodos volumétricos indirectos Metodos dieléctricos

39 Medición de neutrones Principios Se emiten neutrones rápidos desde una fuente de radiactiva ( 241 Am/ 9 Be). La colisión con los protones del agua los termaliza (lentos). La densidad de neutrones lentos alrededor de la sonda se correlaciona con θ. Ventajas Alta precisión Gran número de muestras a diferentes profundidades Esfera de influencia grande (10-40 cm) Calibración suelo específica estable No afectada por salinidad ni bolsas de aire

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41 Desventajas Riesgoso: radiación Personal calificado Calibración Tiempo de lectura Aparato muy caro Lecturas poco precisas en superficie Esfera de influencia variable

42 Principios Métodos dieléctricos Miden la permitividad bruta del suelo (constante dieléctrica) Kab que determina la velocidad de un pulso u onda electromagnética a través del suelo. Es la capacidad que tiene el material para polarizarse o capacidad de almacenar energía en los dipolos eléctricos. Kab = Kaw (81) + Kas (2-5) + Kaa (1) Kab es una cantidad compleja. La parte imaginaria representa la energía de adsorción como resultado de pérdidas dieléctricas y conducción iónica.

43 Ecuación empírica de Topp θ = Kab Kab Kab 3 Suelos minerales, θ < 0.5, indep de la textura Estos métodos utilizan relaciones empíricas entre θ y la lectura del aparato (tiempo, frecuencia, impedancia, fase de la onda)

44 Time Domain Reflectometry (TDR) Principios Kab se determina midiendo el tiempo que le toma a un pulso electromagnético propagarse a lo largo de una linea de transmisión (TL) rodeada por suelo Ka b = (c/v) 2 = ((ct)/(2 L)) 2 c = velocidad onda en vacío v = velocidad de propagación en el suelo t = tiempo de tránsito en la TL L = largo de TL

45 Un aparato TDR debe producir seies precisas de pulsos en altas frecuencias ( GHz). Las altas frecuencias hacen al aparato menos dependiente de la textura y salinidad. Debe medir el voltage de las TL en intervalos de tiempo de 100 picosegundos. Cuando el pulso viaja en la TL y detecta discontinuidades parte del pulso es reflejado. Se generan cambios del voltage de la TL. Se mide el tiempo de tránsito del pulso.

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47 Ventajas TDR Alta precisión. Comúnmente no se requiere calibración. Mínima perturbación del suelo. Puede entregar mediciones simultáneas de CE. Fácilmente expandibe por multiplexing. Desventajas TDR Aparato caro. Uso limitado en alta salinidad y en suelos con arcillas altamente conductoras. Calibración suelo específica (alto θ, alta MOS, suelos volcánicos) Pequeña esfera de influencia (~ 4 cm)

48 Frequency Domain (FD): Capacitance and FDR Principios Utiliza la Kab al igial que el TDR, pero un sensor FDR envía una onda electromagnética ( MHz) y se mide la frecuencia con que es reflejada. Esta medición se asocia con θ. Pesentan un circuito que calcula la parte real e imaginaria de Kab, disminuyendo el error.

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50 Ventajas FDR Alta precisión después de una calibración suelo específica. Puede leer a niveles de salinidad más altos que el TDR. Mayor resolución que el TDR (ruido de la forma de la onda). Menor tiempo de medición que el TDR. Mayor flexibilidad en el diseño de las sondas. Mpás baratos que el TDR (circuitos menos complejos).

51 Desventajas FDR Esfera de influencia pequeña (4-10 cm). Muy sensible a la bolsas de aire (excelente contacto con el suelo). Más sensible a la temperatura y el contnido de arcillas que el TDR. La precisión y la resolución disminuyen con la disminución de θ.

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54 Ley de Darcy El movimiento del agua en el suelo se expresa por el flujo de agua (cantidad de agua que pasa por una unidad de área en un tiempo dado) que se describe por la Ley de Darcy, cuyas unidades de medición para flujo de agua son m/s, cm/s, mm/día, etc. J = Q/At = -K (Δψ /Δx) J: flujo (m/s) Q: cantidad de agua (m 3 ) Δψ:diferencia de potencial hídrico (cm) A: Area (m 2 ) Δx : distancia (cm) t: tiempo (s) Δψ/Δx : gradiente de potencial hídrico K: conductividad hidráulica (m/s)

55 CODUCTIVIDAD HIDRAULICA 0.5 Contenido de agua (cm3/cm3) E+1 1.E+0 1.E-1 1.E-2 1.E-3 1.E-4 1.E-5 1.E-6 1.E-7 K (cm/dia)

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61 Propiedades Físicas Humedad Aprovechable Humedad Aprovechable (%) A D B D C D CL LT Profundidad (cm)

62 OTRAS PROPIEDADES FÍSICAS

63 Estabilidad de Agregados Diámetro ponderado medio (DPM) en mm A B C C C C Profundidad (cm) CL LT

64 DPM DPM 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 2,56 1,94 2,08 1,31 1,05 1,13 0,56 0,31 0,32 0,10 0,11 0, Profundidad CL7 CL4 LT7 LT4

65 Estabilidad de los agregados y algunas propiedades físicas El contenido de MOS se correlacionó positivamente con el DPM de los agregados del suelo (r = 0,95***). DPM RP 0,48* CdeC 0,79*** PMP 0,42*** HA 0,82*** *P 0,05; ** P 0,01; *** P 0,001.

66 Resistencia a la Penetración en relación a Densidad Aparente y Humedad del Suelo.

67 Densidad Aparente Densidad Aparente (g/cm3) AB AB A A AB B Profundidad (cm) CL LT

68 Distribución de espacio poroso con diferentes manejos de suelo (Pikul y Allamaras, 1986).

69 Conductividad hidráulica a Saturación (Pikul y Allamaras, 1986)

70 Efecto de la capacidad de aire del suelo en el Rendimiento. (Baver y Farnsworth, 1940)

71 Temperatura (12/8/03-28/10/03) Tº min Tº max LT 10,46 b 20,70 A CL 10,96 a 16,76 B

72 Temperatura del Suelo 12:00-13:00 hrs en Octubre Propiedades Físicas Temperatura del Suelo (ºC) B A B AB B AB CL LT Profundidad (cm)

73 Amplitud térmica vs profundidad de suelo en un manejo con labranza tradicional (triángulos) y otro con cero labranza (círculos) (van Duin,1956).

74 Profundidad (cm) CL máx LT máx CL mín LT mín Temperatura (ºC)

75 VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN (mm/h) 600 Velocidad de Infiltración (mm/h) CL7 LT7 CL4 LT4 0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Tiempo (h)

76 INFILTRACIÓN ACUMULADA IA (mm) CL7 LT7 CL4 LT ,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Tiempo (h)

77 DENSIDAD RADICAL (0-2 cm) 3,50 3,00 Lv ( cm/cm3) 2,50 2,00 1,50 1,00 CL7 LT7 CL4 LT4 0,50 0, Días después de siembra (d)

78 DENSIDAD RADICAL (2-5 cm) 3,50 3,00 Lv (cm/cm3) 2,50 2,00 1,50 1,00 CL7 LT7 CL4 LT4 0,50 0, Días después de siembra (d)

79 DENSIDAD RADICAL (5-15 cm) 1,60 1,40 Lv (cm/cm3) 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 CL7 LT7 CL4 LT4 0,20 0, Días después de siembra (d)

80 DENSIDAD RADICAL (5-15 cm) 1,60 1,40 Lv (cm/cm3) 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 CL7 LT7 CL4 LT4 0,20 0, Días después de siembra (d)

81 REFERENCIAS