Materiales complementarios a la visita de estudio sobre suelos

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1 Servicio Forestal del USDA, Programas Internacionales Materiales complementarios a la visita de estudio sobre suelos Bienvenidos! Este paquete contiene los antecedentes para nuestro taller de 8 días sobre métodos de diseño, muestreo y análisis de las reservas de carbono (C) en el suelo. El taller incluye salidas a una selección variada de suelos, sitios de investigación y laboratorios donde compartiremos experiencias prácticas en la medición de las reservas de C en el subsuelo. La información reunida en este paquete debe establecer la base del tiempo que pasaremos juntos, y tiene la intención de servir como punto de referencia y recurso a largo plazo de los participantes de la visita. Los instructores también proporcionarán datos electrónicos y archivos de las presentaciones, documentos de protocolos adicionales y materiales técnicos, haciendo de este paquete sólo una parte de la colección de recursos colectivos que se les brindarán a los participantes durante la visita. Las propias experiencias y notas de los participantes también serán parte importante de la experiencia general. Los antecedentes aquí recopilados provienen de una variedad de fuentes, incluyendo sitios electrónicos acreditados de dependencias gubernamentales y académicos, manuales técnicos, libros de texto y artículos científicos. Quise organizar dichos materiales de manera lógica y entrelazarlos a través de mi propia narrativa, la cual hace énfasis en el entendimiento de la estructura y desarrollo de los suelos a fin de aplicar los métodos de muestreo más adecuados y la interpretación del inventario de C en el subsuelo. Al desarrollar este paquete, han resultado particularmente útiles las contribuciones anteriores de la Dra. Eunice Padley y el Dr. Steve Shetron (coinstructores durante la primera visita de estudio en el 2013), al igual que la retroalimentación de los participantes e instructores técnicos anteriores. Espero que estos materiales les resulten interesantes y útiles conforme se preparan para la visita y espero conocerlos en Michigan en junio! Luke Nave, Ph.D. Instructor técnico (Investigador Científico Asistente, Universidad de Michigan) 1

2 Parte 1: Qué es el suelo? Fundamentos de la formación del suelo; interpretación, descripción y clasificación de los suelos El objetivo de esta visita de estudio es proporcionar un panorama general de todos los pasos en el inventario de las reservas de carbono (C) en el subsuelo. El objetivo no requiere entender completamente el génesis y la morfología de los suelos, ni contar con experiencia en su interpretación, descripción o clasificación. Pero, un entendimiento básico de dichos temas resultará en un inventario de C en el subsuelo mejor diseñado y más valioso. Para poder hacer un inventario válido y reproducible, necesitamos poder apreciar lo que estamos midiendo y compartir algunos términos comunes para describirlo. Qué es el suelo y cómo se forma? Un inventario de C en el subsuelo empieza con la definición del suelo que nos permite entender su composición y estructura, y cómo éstos influyen en el muestreo de las reservas de C en el subsuelo. Una definición sencilla, antigua, de suelo es: un cuerpo natural dinámico, anisotrópico compuesto de materiales minerales y orgánicos y organismos vivos que puede sostener el crecimiento de plantas. Esta definición reconoce la estructura vertical del suelo (horizonación), comparada con la falta de diferenciación de la estructura vertical en el material progenitor no alterado. Dicha definición también reconoce que un suelo es una unidad natural volumétrica, que se forma y funciona como un cuerpo discreto y cambiante con el tiempo. Algo importante es, que esta definición establece claramente que el cuerpo de suelo (p. ej., un perfil o pedón) es la integración física de múltiples tipos de materia, incluyendo materiales minerales, materia orgánica y organismos vivos (potencialmente incluyendo plantas). Desde la perspectiva del inventario de C en el subsuelo, incluir organismos (específicamente plantas) en esta definición del suelo indica la importancia de medir las raíces como parte importante de la reserva de C total en el suelo. Así como lo veremos en esta visita, la composición y estructura del suelo incluyendo sus patrones de enraizamiento y la composición, tamaño y disposición de la fracción mineral afectan a las técnicas utilizadas para muestrearlo volumétricamente. A continuación presentamos dos marcos conceptuales para entender la formación y la estructura del suelo. El primero típicamente se le atribuye a Hans Jenny, quien sintetizó un siglo de información en sus propios conceptos bien formados sobre la atribución de las propiedades discretas del suelo (p. ej., el contenido del material orgánico) a las influencias de los factores medibles. El siguiente pasaje es de una muy buena colección de sitios electrónicos del Departamento de Ciencias del Suelo, de la Universidad de Saskatchewan ( Formación del suelo: factores Hans Jenny sugirió un modo ligeramente distinto de considerar los factores de la formación del suelo y sus efectos, en su libro de 1941 Factores de la formación del suelo. El modelo (idea) de Jenny concuerda con la de otros en que indica cinco factores en la formación del suelo: (1) clima (cl); (2) organismos (o); (3) topografía (r); (4) material progenitor (p); y (5) tiempo (t). Debido a que los factores definen el estado y la historia de los sistemas de suelo, se les considera factores 2

3 de estado, y a la idea entera se le denomina enfoque del factor estado. Jenny considera que los sistemas del suelo podrían describirse matemáticamente con la siguiente expresión: S = f (cl, o, r, p, t ) donde los puntos suspensivos son factores adicionales indeterminados que podrían ser singulares a un suelo en particular, S = una propiedad medible del suelo y f significa es un factor de. Más adelante, Jenny sugiere que el modelo se utiliza mejor de manera conceptual para entender y estudiar la formación del suelo al considerar que los cambios en el sistema de suelos son resultado de las variaciones regulares de un factor, quedando el resto de los factores más o menos constantes. Por ejemplo, el efecto de la tipografía puede evaluarse al estudiar los grupos de suelos relacionados donde la topografía varía, como en una ladera, y el resto de las variables (material progenitor, organismos, clima y tiempo) son semejantes. Clima como factor de formación del suelo o El agua es el solvente, ambiente de reacción y medio de transporte para casi todas las reacciones/procesos en el suelo. o La temperatura determina la velocidad de las reacciones químicas y la intensidad de la actividad biológica. También los procesos de congelación y deshielo. o El viento influye directamente en el suelo (erosión y deposición) e influye en la efectividad de las precipitaciones. Organismos/vegetación como factor de formación del suelo o La vegetación ayuda a mantener al material progenitor en su lugar, dándole tiempo a que suceda la formación del suelo. Las raíces de las plantas unen a las partículas del suelo y aumentan la entrada de agua (infiltración) a los suelos, reduciendo el escurrimiento y la erosión. o Las raíces de las plantas que crecen en grietas y fisuras rompen las piedras, acelerando la formación del suelo. Del mismo modo, el liquen en las superficies de las piedras aumenta la erosión. o Las plantas producen agentes desgastantes que aumentan la velocidad de la erosión química de los minerales del suelo al liberar componentes ácidos y dióxido de carbono. El resultado es una descomposición más rápida de los minerales y la liberación de nutrientes que las plantas y demás biota necesitan. o La vegetación es la fuente inicial del carbono fijado por la fotosíntesis que se convierte en materia orgánica en el suelo. Las plantas que fijan el nitrógeno atmosférico en simbiosis con la bacteria Rhizobacter son un medio importante que agrega nitrógeno al sistema de suelos. o La vegetación modifica los microclimas al: disminuir la velocidad de los vientos, dar sombra a la superficie del suelo y retener la nieve, resultando en ambientes más frescos y húmedos, así como en una menor variación con la topografía en los ambientes que forman el suelo. Topografía (relieve) como factor de formación del suelo o La forma de la superficie del terreno influye en la redistribución del agua recibida en forma de precipitaciones. Como regla general, las superficies del terreno que son más altas en los paisajes, en especial superficies en declive o convexas, pierden agua por escurrimiento; y las superficies más bajas, en especial aquellas 3

4 cóncavas o con depresiones, reciben agua de más. El resultado neto son suelos más secos y menos desarrollados en las superficies convexas y en declive, y perfiles del suelo más profundos y más sólidamente desarrollados en las áreas bajas más húmedas. Los suelos mal drenados o gleisados a menudo ocurren donde la cantidad de agua recibida resulta en agua estancada en la superficie del suelo durante un período de tiempo considerable. o El clima se vuelve más fresco y más húmedo conforme aumenta la elevación, lo cual, combinado con los cambios relacionados en la vegetación resulta en cambios regulares en el suelo. Este es un buen ejemplo de las interrelaciones entre los factores. o En el hemisferio norte, las pendientes con orientación al sur reciben más radiación solar (insolación) que las pendientes con orientación al norte, de modo que las orientadas al sur son más cálidas y menos húmedas. Las diferencias en la temperatura y humedad del suelo no son muchas (quizá en promedio unos 2 grados más frescas, y sólo un poco más de humedad en el suelo) pero el resultado neto con el tiempo son suelos más profundos, más filtrados, más ácidos en las pendientes orientadas al norte y perfiles más secos, menos profundos y menos desarrollados en las pendientes con orientación al sur. Material progenitor como factor de formación del suelo La etapa inicial de formación del suelo es la acumulación de los materiales progenitores los sedimentos o piedras en las que se forma el suelo. La inmensa mayoría de la masa de terreno canadiense se formó durante el último episodio glacial, por lo tanto la mayoría de los materiales progenitores en Canadá son de origen glacial y (según los estándares del tiempo geológico) relativamente jóvenes. La naturaleza y las propiedades de los materiales progenitores ejercen un control posterior muy fuerte en el camino del génesis del suelo. En la siguiente tabla se muestran las categorías de los principales materiales progenitores en Canadá. Material progenitor Residual Aluvial Depósito glacial Eólico Coluvial Marino Lacustre Breve descripción Lecho de roca erosionada en el sitio; común en áreas no glaciales; suelos reflejan las características del material progenitor. Los sedimentos depositados en ambientes de agua que fluye (ríos); comúnmente arenas y gravas bien balanceadas; depósitos asociados con episodios glaciales denominados fluvioglaciales. Sedimentos depositados directamente bajo, dentro o sobre el hielo glacial; comúnmente una mezcla de grava, arena, limo y arcilla mal balanceada. El viento traslada y deposita los sedimentos; comúnmente constan de arena y limo (loess) bien balanceado. El flujo no canalizado en las pendientes traslada y deposita los sedimentos; las propiedades reflejan los sedimentos de donde se derivan. Sedimentos originalmente depositados en el suelo del océano y luego expuestos debido al resurgimiento de la superficie de la tierra. Materiales progenitores depositados en lagos. La mayoría de los materiales progenitores lacustres en Canadá se depositaron en lagos que 4

5 existieron durante los períodos glaciales y se denominan sedimentos glaciolacustres. Los sedimentos lacustres por lo general son arenas, limos y arcillas bien balanceadas. Bien balanceado quiere decir que domina un tamaño de partícula (p. ej. arcilla) en la textura. Influencias del material progenitor: o La textura del suelo, que influye en la entrada del agua (infiltración) al suelo y su transmisión en el suelo está relacionada con la textura. La profundidad de filtración está relacionada con la profundidad promedio a la que el agua penetra en el suelo. Otros factores equitativos, los suelos arcillosos absorben agua más lentamente y, debido a que la capacidad de almacenamiento de humedad a cierta profundidad es mayor, filtran menos, resultando en perfiles del suelo poco profundos, mientras que los suelos arenosos filtran a una mayor profundidad. El contenido de arcilla también afecta la habilidad del suelo para retener cationes, o la capacidad de intercambio de cationes (CEC) y el contenido de materia orgánica por lo general aumenta con el contenido de arcilla debido a la alta producción de plantas en los suelos más arcillosos, y la formación de complejos de mantillo de arcilla que estabiliza al mantillo y frena su descomposición. o La mineralogía del suelo: los minerales varían en su resistencia a la erosión, y por ello el grado al que los elementos se vuelven solubles y los suelos cambian durante la formación del suelo. Algunos minerales son importantes almacenes de nutrientes (como el fósforo, el potasio y el calcio), que se liberan lentamente conforme el suelo se erosiona. Algunos minerales son característicos de un Orden (por ejemplo, el contenido de esmectita en los suelos Vertisólicos. o La capacidad de amortiguamiento, que es la habilidad del suelo a resistir los cambios en el ph. El contenido de carbonato de calcio es importante en el amortiguamiento, ya que el CaCO 3 puede neutralizar la acidez del suelo. Los contenidos de arcilla y materia orgánica también son importantes en la capacidad de amortiguamiento. Tiempo como factor de formación del suelo o El tiempo puede considerarse una dimensión de otros factores. Podría no ser una dimensión suave, sino caracterizada por períodos de intensa actividad de formación del suelo, separados por períodos de poco cambio. Este es el resultado de respuestas al umbral. o Términos para describir la edad del suelo: Joven: Suelos en materiales recientemente depositados no horizontes. Inmaduro: Suelos en las primeras etapas de desarrollo, con horizontes apreciables pero débilmente desarrollados. Maduros: Suelos más viejos más o menos en equilibrio con su ambiente actual. Viejos: Suelos en superficies geomórficas estables enérgicamente erosionados por la acción de los elementos. o Un grupo de suelos en el que todos los factores de formación del suelo, excepto el tiempo, son aproximadamente equivalentes se denomina cronosecuencia. 5

6 Agua subterránea como factor de formación del suelo o Ellis (1938) incluyó al agua subterránea como factor de formación del suelo. De los primeros trabajos rusos se habían diferenciado los paisajes eluviales y superacuales. Los paisajes eluviales tienen niveles freáticos profundos y un régimen sólido de filtración. Los paisajes superacuales por lo general están en tierras bajas y están influenciados por el nivel freático poco profundo, con poca o nula filtración. o El agua subterránea tiene influencia en varios tipos de suelos, como solonetz, gleysol, orgánico, chernozem y podzol y también puede influenciar el desarrollo de las características del perfil como manchas, salinidad del suelo y carbonatos secundarios. Actividad humana como factor de formación del suelo o En algunos suelos, los efectos de la actividad humana en el perfil del suelo pueden ser bastante pronunciados, donde la actividad como la agricultura o el desarrollo alteran los procesos naturales de formación del suelo. [TERMINA EL PASAJE DE < El enfoque del factor de formación del suelo de Hans Jenny para entender el desarrollo y las propiedades del suelo probablemente es la perspectiva más citada a lo largo de la variada selección de campos en las ciencias del suelo que comprenden desde la pedología hasta la geoquímica de la materia orgánica. Sin embargo, no es la única manera de entender los suelos. Roy Simonson desarrolló simultáneamente un marco igualmente convincente, en el que consideramos un cuerpo de suelo como integración física de los procesos relacionados y que puede organizarse en cuatro categorías: 1) aportaciones, 2) rendimientos, 3) transferencias y 4) transformaciones. De hecho, una forma de darle cabida al modelo factor vs. proceso es considerar a los factores como agentes o conductores que operan a través de los cuatro tipos de procesos, los cuales son mecanismos o acciones que ocurren con el tiempo. Trabajar con la idea de que un suelo es un cuerpo natural, integrado una 6

7 unidad espacial de un perfil a un pedón o incluso a un paisaje, las cuatro categorías de los procesos explican los mecanismos físicos que conducen el desarrollo del suelo en todas las posibles direcciones. El suelo recibe aportaciones de energía y materia p. ej., a través de la insolación, la precipitación, el escurrimiento y la erosión, reacciones auto y quimiotróficas. Estas y otras aportaciones, al sumarse al cuerpo de suelo, pueden transferirse entre sus unidades espaciales (desde agrupaciones a horizonte a unidades de paisaje), así como transformarse física o químicamente (p. ej., reacciones biológicas, erosión geoquímica). Además de ser un cuerpo integrado que mueve y modifica la materia y energía, el suelo también exporta estas divisas naturales. Por ejemplo, una unidad de paisaje del suelo puede exportar energía cinética y material de la tierra durante un evento de movimiento de masa, o un perfil del suelo en un bosque bien fertilizado puede filtrar ácidos e iones en una solución de suelo. Una sola microagrupación puede incorporarse a una microagrupación más grande por bioturbación o fijación de residuo de hongos. 7

8 Interpretar, describir y clasificar suelos Habiendo considerado los factores y los procesos de formación del suelo, es momento de centrarnos en la terminología más detallada correspondiente a su interpretación, descripción y clasificación. Primero consideraremos la terminología básica que se utiliza para describir la diferenciación vertical de un suelo dentro del material progenitor. Como se describe en otras partes de este paquete, los suelos pueden formarse en una gran variedad de materiales progenitores, desde detritos orgánicos acumulados, hasta depósitos de partículas minerales y lechos de roca residuales. Considere el caso ilustrado en el siguiente diagrama, en el que un suelo se desarrolló durante la erosión del lecho de roca residual: El lecho de roca la parte basal, consolidada e inalterada de la columna geológica subyace a la regolita. La regolita incluye esa porción de columna geológica que es suelo y el material progenitor del suelo. En este caso, el suelo se forma en gran parte de arriba a abajo, dentro del material progenitor. El límite exacto entre la parte alterada pedogenéticamente de la columna geológica (p. ej. solum) y el material progenitor no está claro, pero se define conceptualmente como la transición de los materiales geológicos oxidados a no oxidados (erosionados). El solum o el suelo en sí es la parte pedogenéticamente alterada; el material progenitor está menos consolidado que el lecho de roca, pero no obstante, no está oxidado. Dentro del solum, los horizontes maestro se reconocen como A, que al ser la parte superior del solum se ve directamente afectada por las aportaciones de materia (p. ej., la materia orgánica, las 8

9 precipitaciones) y energía (p. ej., luz del sol, transporte de sedimentos). Estas aportaciones de materia y energía hacen funcionar los procesos metabólicos y de erosión como la descomposición de la materia orgánica, la disolución de minerales y las transferencias de los iones disueltos a través de la filtración dentro del solum. Bajo el horizonte A puede haber un horizonte E (en algunos Órdenes de suelos); este horizonte eluvial representa una zona de filtración donde la filtración de los residuos orgánicos y los ácidos ha erosionado y eliminado los componentes con color de la matriz del suelo. Esté o no presente el horizonte E, existe un horizonte B que representa una zona de acumulación (iluviación) de materia orgánica, óxidos minerales o arcillas derivadas de la erosión, filtrando y transportando los horizontes suprayacentes A y E. El horizonte B cambia o se combina con el horizonte C (material progenitor). Por último, advierta la diferencia entre un perfil vertical angosto (núcleo) vs. un pedón (ciclo lateral completo) del solum. Dentro de las denominaciones del horizonte maestro (p. ej., A, B) existe una variedad de sufijos que connota características físicas de diagnóstico y permite al observador inferir factores y procesos de la formación del suelo. Los siguientes diagramas ilustran una variedad de perfiles del suelo distintos con varias interpretaciones de su formación y, por lo tanto, diferentes denominaciones de horizonte: 9

10 Para una explicación detallada de los sufijos de los horizontes, sus interpretaciones geológicas y pedogenéticas, consultar USDA Field Book for Describing and Sampling Soils. La figura anterior demuestra que los suelos graban a largo plazo los eventos geológicos y los procesos naturales en un lugar. Algunos pueden presentar morfologías bisequal, formarse en materiales progenitores múltiples, litológicamente distintos, o tener horizontes enterrados; interpretar esta complejidad del mundo real es todo un reto. En dichos entornos, los pedólogos 10

11 independientes pueden diferir en sus interpretaciones, haciéndolas aún más importantes para al menos estar de acuerdo en los términos de descripción y clasificación. En toda la evolución de la pedología ha habido muchos sistemas de descripción y clasificación de los suelos que son locales, regionales o específicas a una cultura particular o rama técnica de las ciencias del suelo. Con el tiempo y la globalización del conocimiento, varias han logrado un mayor uso generalizado; estos probablemente son los sistemas de la FAO-Unesco y USDA. En esta visita de estudio utilizaremos la terminología y la clasificación del USDA; este sistema se desarrolló y se ha aplicado en todo el mundo, evolucionando con los avances científicos internacionales en el transcurso del último siglo. El sistema del USDA está basado en la jerarquía lógica de los niveles de clasificación, y la mayor parte de sus entidades taxonómicas puede correlacionarse aproximadamente a las entidades taxonómicas en otros sistemas de clasificación del suelo (p. ej., FAO, Canadiense, Ruso). Por último, debido al énfasis en las raíces griegas y latinas en su nomenclatura (muchas de ellas compartidas con otros sistemas de clasificación), es cognitivamente comprensible para los hablantes de las lenguas romances y para quienes han estudiado latín. Algunas de las publicaciones relevantes más importantes están disponibles en español, como la Undécima Edición de las Claves para la Taxonomía de Suelos. A continuación se encuentra la jerarquía del sistema de clasificación del USDA: Orden Cada orden termina en sol con una O conectada si tiene raíz griega y I para el resto Spodosol vs Alfisol. Suborden Dos sílabas. Primero para connotar algo diagnóstico, segundo un elemento formativo del orden. Aquods [l. aqua agua más od de Spodosol], Udalfs [l. húmedo más alf de Alfisol]. Gran grupo Suborden además del prefijo que sugiere algo en sus propiedades de diagnóstico. Endoaquod [Saturado en todos los horizontes a 200 cm o inferior, además del nombre de gran grupo]; Fragiudalf [fragipan además del nombre de gran grupo]. Subgrupo Gran grupo además de un adjetivo Histic Endoaquod [adjetivo histic de l. tejido histos, o capa orgánica sobre los materiales minerales Endoaquods]; Typic Fragiudalfs Typical alfisol típico con fragipan. Concepto central. Familia Nombres polinomiales que por lo general indican algo sobre el tamaño de partícula, mineralogía y clima con el nombre del subgrupo. Arenoso, [clase de tamaño de partícula], mezclado [mineralogía menos del 95% cuarzo además de otros minerales], gélido temperatura del suelo región 0 a 5 mast 50 cms, Histic Endoaquod; Limoso, mezclado, gélido Typic Fragiudalf. Serie Nombrados por una ubicación geográfica donde se describieron y clasificaron por primera vez. Por lo general un nombre seguido de una ubicación geográfica; p. ej. poblado, país, río, etc. Limosos grueso, Mezclado, Gélido, Alfic Fragiorthod Munising. En esta visita de estudio, analizaremos las clasificaciones taxonómicas de los suelos que muestreemos, desde lo general a lo específico, en el contexto de lo que significan estas clasificaciones para la interpretación y las técnicas de muestreo de C. A una corta distancia de 11

12 nuestro sitio, es posible observar suelos de 6 de los 12 órdenes de la Taxonomía de Suelos del USDA: Tabla 1-8. Órdenes de suelos, elemento formativo y definiciones utilizadas en el sistema de clasificación de EEUU (Soil Surv. Staff, 1975, 1996a, 1998a,b). Orden del suelo Alfisoles Andisoles Aridsoles Entisoles Definición Suelos minerales que se han sometido a procesos de traslado del silicato de arcilla en gran medida con una alta riqueza en base (>35%); horizontes diagnósticos son horizontes argílicos y kándicos (arcilla de baja actividad) (parecido a Luvisoles, Planosoles o Podzoluvisoles en la clasificación de la FAO). Suelos minerales que se forman predominantemente en materiales de ceniza volcánica con propiedades ándicas (propiedades diagnósticas) (parecido a Andosoles en la clasificación de la FAO). Suelos minerales desarrollados bajo condiciones de poca humedad (régimen de humedad del suelo arídico, propiedad de diagnóstico) y pueden tener una acumulación importante de sales a 1 m de la superficie mineral (parecido a Yermosoles o Xerosoles en la clasificación de la FAO). Suelos minerales sin una serie principal de procesos de formación del suelo y una ausencia de horizontes pedogenéticos; pueden formarse en material progenitor inerte, en terrenos de pendientes inclinadas, depósitos aluviales frescos, lechos de roca poco profundos (parecido a Fluvisoles o Regosoles en la clasificación de la FAO). Gelisoles Suelos afectados por permafrost; suelos que contienen material gélico y permafrost a cm de la superficie; estos suelos tienen un régimen de temperatura pregélico; la crioturbación (rotación de hielo) es común en estos suelos. Histosoles Inceptisoles Molisoles Oxisoles Spodosoles Ultisoles Vertisoles Suelos orgánicos con >12% a 18% de C orgánico por peso según el contenido de arcilla (propiedad de diagnóstico) (Histosoles en la clasificación de la FAO). Suelos minerales caracterizados por propiedades que incluyen agua disponible para las plantas durante la época de crecimiento, uno o más horizontes de alteración o concentración con poca acumulación de materiales trasladados, algunos minerales no erosionados, capacidad de intercambio de cationes moderada a alta en la fracción de arcilla, y por lo general texturas más finas que la arena fina limosa (parecido a Chernozemas, Greyzemas, Kastanozemas o Phaeozemas en la clasificación de la FAO). Suelos minerales con una superficie muy gruesa de color café oscuro a negro (epipedón mólico, horizonte de diagnóstico), alta cantidad de Ca, y materiales arcillosos con capacidad de intercambio de cationes moderada a alta (parecido a Chernozemas, Greyzemas, Kastanozemas o Phaeozemas en la clasificación de la FAO). Suelos minerales muy erosionados con altas cantidades de Fe y Al y horizonte de diagnóstico de horizonte óxico o kándico. Suelos minerales con material orgánico trasladado y Al, o materia orgánica, Al y Fe como materiales amorfos; una característica importante es el horizonte espódico (horizonte de diagnóstico) que resulta de la acumulación de materiales amorfos de color negro o rojo con una alta capacidad de intercambio de cationes (parecido a Podzoles en la clasificación de la FAO). Suelos minerales que se han sometido a procesos de traslado del silicato de arcilla en gran medida con una baja riqueza en base (<35%); horizontes de diagnóstico argílicos y kándicos (parecido a Acrisoles en la clasificación de la FAO). Suelos minerales caracterizados por un alto contenido de arcillas expansibles que desarrollan grietas anchas en la temporada seca (también Vertisoles en la clasificación de la FAO). 12

13 Raíces lingüísticas de los subórdenes de suelos del USDA: 13

14 Raíces lingüísticas de los grandes grupos de suelos del USDA: 14

15 Habiendo considerado la terminología general y básica para un sistema de interpretación, descripción y clasificación de los suelos, ahora nos centraremos en una consideración más detallada de la descripción del suelo en el campo. A lo largo de la historia de su desarrollo, el USDA ha producido una serie de manuales de monitoreo de suelos y libros de campo que han ido evolucionando; algunos pasajes de estos recursos comprenden la mayor parte de las siguientes secciones. Esta sección cubre algunos factores prácticos e importantes que el observador y recopilador de muestras del suelo en el campo debe tener en cuenta y documentar al muestrear el suelo. Dichos factores incluyen 1) material progenitor, 2) relieve/topografía, 3) textura del suelo, 4) características hidrológicas, y 5) vegetación. Estos factores, aunque sólo representan una fracción de los procedimientos de descripción de los suelos incluidos en el sistema del USDA, son especialmente relevantes para comprender el ciclo de C en el subsuelo. 1. Material progenitor El material progenitor se refiere al material orgánico no consolidad y materiales minerales en los que se forma el suelo. El material progenitor de un horizonte genético no puede observarse en su estado original; debe inferirse de las propiedades que el horizonte ha heredado y de otras evidencias. En algunos suelos, el material progenitor ha cambiado poco, y lo que era puede deducirse con confianza. En otros, como los suelos muy viejos de los trópicos, la clase particular de material progenitor o su modo o su origen es especulativa. Mucho del material mineral en el que se forman los suelos se deriva de una u otra forma de las rocas duras. Los glaciares pueden triturar la roca en fragmentos y material terroso y situar la mezcla de partículas como depósito glacial. Por otro lado, la roca puede erosionarse con grandes cambios químicos y físicos pero no moverse de su lugar de origen; este material alterado se denomina residuo de roca. En algunos casos, se consigue poco al intentar diferenciar entre la erosión geológica y la formación del suelo porque ambos son procesos de erosión. Puede ser posible inferir que un material se erosionó antes de formarse el suelo. El proceso de erosión ocasiona que algunos de los componentes del proceso se pierdan, algunos se transformen y otros se concentren. El material progenitor no necesariamente tiene que ser residuo del lecho de roca que se encuentra directamente abajo, y el material que se desarrolló en un suelo moderno puede no estar relacionado con el lecho de roca subyacente. El movimiento del material del suelo en las cuestas es un proceso importante que puede ser importante incluso en laderas poco empinadas, en especial en paisajes muy viejos. También, los suelos asociados a la localidad pueden formarse en capas de roca sedimentaria que son distintas. Rara vez se tiene la certeza de que un material muy erosionado se erosionó en ese lugar. El término residuo se utiliza cuando las propiedades del suelo indican que se derivó de una roca como la que lo subyace y cuando no se tiene la evidencia de que se ha modificado por movimiento. La distribución de un fragmento de roca que disminuye en cantidad con la profundidad, especialmente sobre saprolita, indica que el material del suelo probablemente se transportó cuesta abajo. Las líneas de las piedras, en particular si las piedras tienen una litología distinta al lecho de roca subyacente, brindan evidencia de que el suelo no se formó 15

16 completamente en el residuo. En algunos suelos, el material transportado recubre al residuo y la materia orgánica iluvial y la arcilla se superponen a lo largo de la discontinuidad entre los materiales contrastantes. Un cierto grado de estabilidad del paisaje se infiere en los suelos residuales. Para suelos que se desarrollaron en material transportado se infiere un menor grado. Tanto el material consolidado como el no consolidado bajo el solum que influye en el génesis y el comportamiento del suelo se describen en términos estándar. Además de las propias observaciones, el científico registra sus opiniones sobre el origen del material progenitor del que se desarrolló el solum. Las observaciones deben estar claramente separadas de las inferencias. La composición litológica, la estructura y la consistencia del material que se encuentra directamente bajo el solum son importantes. La evidencia de la estratificación del material diferencias en la textura, líneas de piedras y demás necesitan apuntarse. Comúnmente, las capas superiores de depósitos glaciales que se fijan con el agua que se mueve más despacio y que son más finos en textura que las capas inferiores. El material trasladado por el viento y las cenizas volcánicas se asientan a diferentes velocidades en mantos de grosor variable. Los ejemplos de dichas complicaciones son casi interminables. Mientras que el aluvión, loess o ceniza se deposita rápidamente en los suelos viejos, los suelos enterrados pueden estar bien conservados. En otras partes la acumulación es tan lenta que el solum se hace más denso gradualmente. En esos lugares, el material bajo el solum en una ocasión estuvo cerca de la superficie pero ahora puede estar enterrado bajo la zona de cambio activo. En los lugares donde las rocas duras u otros materiales muy contrastantes se encuentran lo suficientemente cerca de la superficie como para afectar el comportamiento del suelo, sus profundidades necesitan medirse con precisión. La profundidad del suelo sobre tales materiales irregulares es un criterio importante para distinguir los diferentes tipos de suelo. Material producido por la erosión de la roca en el sitio La naturaleza de la roca original afecta los tipos de material que se producen por la erosión. La roca puede haber sufrido varios cambios, incluyendo cambios en volumen, o la pérdida de minerales. El punto en el que termina la erosión de la piedra y empieza la formación del suelo no siempre es claro. Pueden formarse suelos bastante diferentes de rocas parecidas o incluso idénticas bajo distintas condiciones de erosión. La textura, el color, la consistencia y demás características del material se incluyen en la descripción de los suelos. La información útil sobre la composición mineralógica, la consistencia y la estructura de la roca progenitora en sí debe usarse para ayudar a entender los cambios de la roca progenitora al material erosionado. Material trasladado El grupo más extenso de materiales progenitores es el grupo que se ha movido del lugar de origen para depositarse en otro. Los principales grupos de materiales trasladados por lo general se denominan de acuerdo con el principal agente responsable de su traslado y sedimentación. En la mayoría de los lugares, existe suficiente evidencia disponible para hacer una determinación clara; en otros, el origen exacto es dudoso. 16

17 Material que el agua mueve y deposita Aluvión El aluvión consta de sedimento depositado por una corriente de agua. Puede ocurrir en las terrazas muy arriba de los arroyos o en el fondo que normalmente se inunda de arroyos existentes. Pueden encontrarse remanentes de terrazas de arroyos muy viejos en el campo diseccionado lejos de cualquier arroyo actual. A lo largo de muchos arroyos viejos ya establecidos yace toda una serie de depósitos aluviales en las terrazas depósitos jóvenes en la planicie de inundación inmediata, y moviéndose hacia arriba paso a paso a los depósitos más viejos en las terrazas más altas. En algunos lugares los aluviones recientes cubren las terrazas más viejas. Depósitos lacustres Estos depósitos constan de material que se ha sedimentado a partir de cuerpos de agua calma. Se incluyen los depósitos en los lagos de agua dulce asociados directamente a los glaciares y otros depósitos de lagos, incluyendo algunos de la era del pleistoceno que no están asociados con los glaciares continentales. Depósitos de playas Los depósitos de playas marcan las líneas costeras actuales o anteriores del mar o los lagos. Dichos depósitos son cadenas bajas de material clasificado y por lo general arenoso, rocoso, adoquinado o pedregoso. Los depósitos en las playas de antiguos lagos glaciales por lo general se incluyen con el derrubio glacial. Material que el viento mueve y deposita El material que el viento mueve puede dividirse en grupos según el tamaño de partícula o el origen. El material que el viento mueve que es principalmente limoso se denomina loess, y el que es principalmente arenoso se denomina arenoso eólico. El sedimento arenoso eólico se encuentra comúnmente en las dunas, pero no siempre. Pueden encontrarse casi todas las texturas intermedias entre material limoso loess y arenoso de dunas. Los depósitos de loess por lo general son muy limosos pero contienen importantes cantidades de arcilla y arena muy fina. La mayoría de los depósitos de loess son de color café pálido a café, aunque también son comunes los colores gris y rojo. El grosor de los depósitos es generalmente grande y tiene grietas verticales. Los muros de los cortes de caminos en el loess grueso se quedan casi verticales por años. Otros depósitos limosos que se forman en otras maneras tienen algunas o todas estas características. Algunos limos que el viento mueve se han filtrado y erosionado a tal grado que son ácidos y ricos en arcilla. Por el otro lado, algunos depósitos jóvenes de material que el viento acarrea (loess) son principalmente limo y arena muy fina y tienen un bajo contenido de arcilla. Material que los procesos glaciales mueven y depositan Se utilizan varios términos para el material que los procesos glaciales han movido y depositado. El depósito glacial consiste de todo el material recogido, mezclado, desintegrado, transportado y depositado por el hielo glacial o el agua de los glaciales en deshielo. En muchos lugares el depósito glacial está cubierto por un manto de loess. Los mantos de loess grandes por lo general son fáciles de reconocer, pero los mantos muy 17

18 delgados pueden estar tan alterados por las fuerzas que forman el suelo que apenas pueden diferenciarse del depósito modificado subyacente. Depósito glacial Esta es la parte del movimiento glacial que se deposita directamente con el hielo con poco o nulo traslado del agua. Por lo general es una mezcla heterogénea no estratificada de arcilla, limo, arena, grava y en ocasiones peñascos. Parte de la mezcla se depositó conforme el hielo se derritió con poco arrastre del agua, y parte se canceló por el glaciar y se compactó y no se clasificó. El depósito puede encontrarse en morrenas de fondo, morrenas terminales, morrenas centrales y morrenas laterales. En muchos lugares es importante diferenciar entre los depósitos de las varias glaciaciones. Por lo general, los depósitos se subyacen entre sí y pueden estar separados por otros depósitos o por superficies erosionadas viejas. Muchos depósitos glaciales posteriormente se erosionaron con la acción de las olas en los lagos glaciares. La parte superior del depósito de la ola puede tener un gran porcentaje de fragmentos de roca. Los depósitos glaciales varían en gran medida en textura, composición química y grado de erosión después de su sedimentación. Muchos de ellos son calcáreos, pero una parte importante no es calcárea porque no había rocas de carbonato que contribuyeran al material o porque la filtración posterior y la erosión química pueden haber eliminado los carbonatos. Depósitos fluvioglaciales Estos depósitos son material producido por los glaciares y acarreado, clasificado y depositado por el agua que se origina del deshielo glacial. El depósito glacial es un término muy amplio para el material que se acarrea, se clasifica y deposita más allá del frente del hielo glacial por los arroyos de agua derretida. Comúnmente, este depósito es en forma de llanuras, series de valles o deltas en los lagos glaciales viejos. Las series de valles de los depósitos pueden extenderse más allá del avance más lejano del hielo. Cerca de las morrenas el material fluvioglacial mal clasificado puede formar kames, eskers y grietas rellenas. Depósitos glaciales de playa Éstos consisten de fragmentos de roca y arena. Marcan las líneas de antiguos lagos glaciales. Dependiendo del carácter del terreno de acarreo original, los depósitos de playa pueden ser arenosos, pedregosos, adoquinados o rocosos. Depósitos glaciolacustres Estos depósitos se derivan de los glaciales pero se readaptaron y colocaron en los lagos glaciales. Varían de arcilla fina a arena. Muchos de ellos estratificados o en varva. Una varva consiste de la deposición de un año del calendario. La parte más fina refleja una sedimentación más lenta durante la época fría y la parte más gruesa una sedimentación durante la temporada de calor cuando hay más escurrimiento. Pueden encontrarse buenos ejemplos de todos los materiales glaciales y las formas descritas en los párrafos anteriores. Sin embargo, en muchos lugares no es fácil distinguir sin duda alguna entre los tipos de terrenos de acarreo en base al modo de origen y modelado. Por ejemplo, las llanuras de depósitos picados apenas pueden distinguirse del till arenoso en morrenas terminales. Distinguir entre el till cortado por las olas y el material 18

19 lacustre con frecuencia es difícil. Los nombres en sí connotan sólo un poco sobre las características actuales del material progenitor. Material que la gravedad mueve y deposita El coluvión son detritos mal clasificados que se han acumulado en la base de las pendientes, en depresiones o a lo largo de arroyos pequeños por acción de la gravedad, el arrastre del suelo y el arrastre local. Consiste en gran medida de material que se ha rodado, deslizado o caído de la pendiente bajo la acción de la gravedad. Las acumulaciones de fragmentos de roca se denominan talud. Los fragmentos de roca en el coluvión generalmente son angulares, a diferencia de los adoquines y piedras redondas, desgastadas por el agua en el aluvión o el depósito glacial. Material orgánico El material orgánico se acumula en los sitios húmedos donde se deposita más rápidamente que lo que puede descomponerse. Dichos depósitos se denominan turbas. Las turbas a su vez pueden contener material progenitor para los suelos. Los principales tipos de turbas, según su origen, son: Turba sedimentaria En su mayor parte son los restos de plantas acuáticas flotantes, como algas, y los restos de animales acuáticos y su materia fecal, incluyendo tierra coprogénica. Turba de musgo Los restos de musgos, incluyendo Sphagnum. Turba herbácea Los restos de juncia, carrizo, totora y demás plantas herbáceas. Turba leñosa Los restos de árboles, matorrales y demás plantas leñosas. Muchos depósitos de materia orgánica son mezclas de turba. Algunos suelos orgánicos se formaron en capas alternadas de diferentes tipos de turba. Hay lugares en los que la turba se mezcla con los depósitos de aluvión mineral. Algunos suelos orgánicos contienen capas que son en buena parte o completamente material mineral. Al describir los suelos orgánicos, el material se denomina turba (fíbrico) si prácticamente todos los restos orgánicos están lo suficientemente frescos e intactos para permitir la identificación de las plantas. Se denomina turba negra (sáprico) si prácticamente todo el material se ha descompuesto lo suficiente para limitar el reconocimiento de las partes de las plantas. Se denomina turba negra (hémico) si una gran parte del material puede reconocerse y otra gran parte no. 2. Relieve/topografía Clases de pendientes Límites (porcentaje) de la Clases gradiente de la pendiente Pendientes sencillas Pendientes complejas Inferior Superior 19

20 Casi al nivel Casi al nivel 0 3 Ligeramente inclinada Ondulante 1 8 Muy inclinada Ondulada 4 16 Moderadamente escarpada Accidentada Escarpada Escarpada Muy escarpada Muy escarpada > 45 Orientación de la pendiente es la dirección hacia donde apunta el suelo. La dirección se exprese como el ángulo entre los 0 y 360 grados (medidos en el sentido de las agujas del reloj desde el verdadero norte) o bien, como un punto en la brújula como el este o norte-noroeste. La orientación de la pendiente puede afectar la temperatura del suelo, la evapotranspiración y los vientos recibidos. La forma de la pendiente es un factor importante que influye en el movimiento del agua y los materiales, así como la exposición de la superficie del terreno a la energía (p. ej., viento, luz del sol). La forma paralela al contorno (del otro lado de la pendiente) puede describirse por la forma del contorno. La forma es lineal si el contorno es básicamente una línea recta, como en el lado de la morrena lateral. Un abanico aluvial tiene un contorno convexo, al igual que un espolón de las tierras altas que se proyecta al valle. Una caleta en una ladera o un circo en los paisajes glaciales tienen contornos cóncavos. En la figura 3-1, los dos bloques superiores tienen contornos cóncavos y los dos bloques inferiores tienen contornos S plano, C cóncavo, V convexo convexos. Cuando el contorno es convexo, el escurrimiento tiende a extenderse lateralmente conforme se mueve hacia abajo. Cuando el contorno es convexo, el escurrimiento tiende a concentrare en medio del modelado. 3. Textura del suelo La textura del suelo se refiere a la proporción del suelo de partículas distintas menores a 2mm. La textura determinada en el campo es sólo una evaluación táctil y puede no coincidir con los resultados de las pruebas de laboratorio. Los criterios en campo para la estimación de la textura del suelo deben elegirse de modo que correspondan con los suelos del área. Las partículas de arena se sienten arenosas y pueden verse a simple vista. Las partículas de limo no pueden verse por separado sin un aumento; se sienten suaves en los dedos al estar secas o mojadas. En algunos lugares, los suelos de arcilla son pegajosos; en otros no. Por ejemplo, los suelos dominados por arcillas montmorillonita, se sienten diferente que los suelos que contienen cantidades similares 20

21 de arcilla micácea o kaolinita. Incluso a escala local, las relaciones que son útiles para juzgar la textura de un tipo de suelo pueden no aplicarse tan bien para otro tipo. Las clases de textura son arena, arena franca, franco arenoso, franco, franco limoso, limo, franco arcillo arenoso, franco arcilloso, franco arcillo limoso, arcillo arenoso, arcillo limoso y arcilla. Las siguientes son las definiciones de las clases de textura del suelo: Arena Más del 85 por ciento es arena; el porcentaje de limo más 1.5 veces el porcentaje de arcilla es menor a 15. Arena franca Entre el 70 y 91 por ciento de arena y el porcentaje de limo más 1.5 veces el porcentaje de arcilla es 15 o más; y el porcentaje de limo más el doble del porcentaje de arcilla es menor que 30. Franco arenoso 7 al 20 por ciento arcilla, más del 52 por ciento arena, y el porcentaje de limo más el doble del porcentaje de arcilla es 30 o más; o menos del 7 por ciento arcilla, menos del 50 por ciento limo y más del 43 por ciento arena. Franco 7 a 27 por ciento arcilla, 28 a 50 por ciento limo y 52 por ciento o menos arena. Franco limoso. 50 por ciento o más limo y 12 a 27 por ciento arcilla, o 50 a 80 por ciento limo y menos del 12 por ciento arcilla. Limo. 80 por ciento o más limo y menos del 12 por ciento arcilla. Franco arcillo arenoso. 20 a 35 por ciento arcilla, menos del 28 por ciento limo y más del 45 por ciento arena. Franco arcilloso. 27 a 40 por ciento arcilla y más del 20 al 46 por ciento arena. Franco arcillo limoso. 27 a 40 por ciento arcilla y 20 por ciento o menos arena. Arcillo arenoso. 35 por ciento o más arcilla y 45 por ciento o más arena. Arcillo limoso. 40 por ciento o más arcilla y 40 por ciento o más limo. Arcilla. 40 por ciento o más arcilla, 45 por ciento o menos arena y menos del 40 por ciento limo. 21

22 Agrupaciones de las clases de textura del suelo La necesidad de contar con distinciones finas en la textura de las capas del suelo resulta en un gran número de clases de textura del suelo. A menudo es conveniente hablar de manera general para los amplios grupos o clases de texturas. A continuación se presenta un resumen de los grupos de textura del suelo, en tres y en cinco clases. En algunas áreas donde los suelos tienen mucho limo, puede utilizarse una cuarta clase, suelos limosos, para limo y franco limoso. Términos generales 9 Materiales del suelo arenoso Textura gruesa Materiales del suelo franco Textura medianamente gruesa Textura media Clases de textura Arenas (arena gruesa, arena, arena fina, arena muy fina) Arena franca (arena franca gruesa, arena franca, arena franca fina, arena franca muy fina) Franco arenoso grueso, franco arenoso, franco arenoso fino Franco arenoso muy fino, franco, franco limoso, limo 22

23 Textura medianamente fina Suelos arcillosos Textura fina Franco arcilloso, franco arcillo arenoso, franco arcillo limoso Arcillo arenoso, arcillo limoso, arcilla 4. Hidrología del suelo Clases de drenaje Las clases de drenaje natural se refieren a la frecuencia y a la duración de los períodos húmedos bajo condiciones similares a aquellas en las que se desarrolló el suelo. La alteración del régimen del agua por el hombre, ya sea a través del drenaje o la irrigación, no es una consideración a menos de que las alteraciones tengan un cambio importante en la morfología del suelo. Las siguientes son las clases: Drenaje excesivo. El agua se elimina rápidamente. La incidencia de agua libre interna por lo general es muy rara o muy profunda. Los suelos son comúnmente gruesos y tienen una conductividad hidráulica alta o son muy planos. Drenaje algo excesivo. El agua se elimina del suelo rápidamente. La incidencia de agua libre interna por lo general es muy rara o muy profunda. Los suelos son comúnmente gruesos y tienen una conductividad hidráulica a saturación alta o son muy planos. Drenaje bueno. El agua se elimina del suelo fácilmente pero no rápido. La incidencia de agua libre interna por lo general es profunda o muy profunda; no se especifica la duración anual. El agua está disponible para las plantas a lo largo de la mayoría de la temporada de crecimiento en las regiones húmedas. Lo mojado no inhibe el crecimiento de las raíces durante períodos importantes en la mayor parte de las temporadas de crecimiento. Los suelos no tienen características profundas o redoximórficas relacionadas con la humedad. Drenaje medianamente bueno. El agua se elimina del suelo un tanto despacio durante algunos períodos del año. La incidencia de agua libre interna por lo general es medianamente profunda y transitoria a permanente. Los suelos están mojados sólo un corto período de tiempo a profundidad de enraizamiento durante la temporada de crecimiento, pero lo suficiente para que la mayoría de los cultivos mesofíticos se vean afectados. Generalmente tienen una conductividad hidráulica a saturación medianamente baja o baja en una capa del 1m superior, periódicamente reciben mucha lluvia, o ambos. Drenaje un tanto deficiente. El agua se elimina lentamente de modo que el suelo está mojado a poca profundidad por períodos considerables durante la época de crecimiento. La incidencia de agua libre interna por lo general es medianamente profunda y transitoria a permanente. Lo mojado restringe notablemente el crecimiento de cultivos mesofíticos, a menos que se proporcione un drenaje artificial. Los suelos por lo general tienen una o más de las siguientes características: una conductividad hidráulica a saturación baja o muy baja, un nivel freático alto, agua adicional por filtración o precipitaciones casi ininterrumpidas. 23

24 Drenaje deficiente. El agua se elimina tan lento que el suelo está mojado a poca profundidad durante la época de crecimiento o permanece mojado durante largos períodos. La incidencia de agua libre interna es poco profunda o muy poco profunda y común o persistente. El agua libre por lo general se encuentra en la superficie el tiempo necesario durante la época de crecimiento de modo que los cultivos mesofíticos no pueden crecer, a menos de que se drene de manera artificial. Sin embargo, el suelo, no está continuamente mojado directamente debajo de la profundidad de arado. Por lo general está presente el agua libre a poca profundidad. Este nivel freático generalmente es el resultado de una conductividad hidráulica a saturación baja o muy baja de precipitaciones casi continuas, o una combinación de ellas. Drenaje muy deficiente. El agua se elimina del suelo tan lento que el agua libre permanece sobre la superficie o cerca de ella durante la mayor parte de la época de crecimiento. La incidencia de agua libre interna es poco profunda y persistente o permanente. A menos de que se drene de manera artificial, no pueden crecer la mayoría de los cultivos mesofíticos. Los suelos comúnmente están a nivel o en depresiones y frecuentemente estancados. Si las precipitaciones son altas o casi ininterrumpidas, las gradientes de la pendiente pueden ser mayores. Inundación; profundidad al nivel freático. PROFUNDIDAD AL NIVEL FREÁTICO Mida o calcule la profundidad de la superficie del suelo al contacto estabilizado con el agua independiente en una perforación abierta o pozo. Históricamente, se registra el nivel freático más alto de la temporada y la frecuencia (duración, mes de inicio y días); se especifican las unidades (p. ej., cm, ft). Si no hay agua variable estacional al momento de la observación, es común calcular las condiciones predominantes del nivel freático con base en la morfología del suelo (p. ej., la presencia de características redoximórficas de un chroma 2) en lugar de datos de monitoreo del nivel freático. Conductividad hidráulica a saturación A. Definición La conductividad hidráulica a saturación es la facilidad con la que los poros del suelo saturado permiten el paso del agua. Formalmente, es el coeficiente de proporcionalidad que expresa la relación de la velocidad del movimiento del agua a un gradiente hidráulico en la Ley de Darcy (una ley que describe la velocidad del movimiento del agua a través de un medio poroso). Se expresa en micrómetros por segundo. Para convertir los micrómetros por segundo a 24

25 pulgadas por hora, se multiplican los micrómetros por segundo por La definición histórica de conductividad hidráulica a saturación es la cantidad de agua que se movería verticalmente a través de una unidad de área de suelo saturado en unidad de tiempo bajo la unidad del gradiente hidráulico. B. Importancia La conductividad hidráulica a saturación se utiliza en las interpretaciones del suelo. También se le conoce como Ksat. La conductividad hidráulica a saturación se utiliza para la clasificación del suelo en criterios para varios taxa como Albaqualfs y los grandes grupos de Albaquults. C. Medición Los instrumentos de medición como el permeámetro y los infiltrómetros de dos anillos, proporcionan cierta base para el cálculo de la conductividad hidráulica a saturación. No hay un método estándar. Debido a que es difícil tomar mediciones y sólo están disponibles para relativamente pocos suelos, los cálculos de la conductividad hidráulica a saturación se basan en las propiedades del suelo. D. Cálculos Las propiedades del suelo que afectan la conductividad hidráulica a saturación son la distribución, la continuidad, el tamaño y la forma de los poros. Ya que la geometría del poro de un suelo no es fácilmente observable o medible, se usan las propiedades observables con relación a la geometría para hacer los cálculos de conductividad hidráulica a saturación. Dichas propiedades son textura, estructura, tamaño del poro, densidad, contenido de materia orgánica y mineralogía. La Parte 618, Subparte B, Muestras, Sección brinda una guía para calcular la conductividad hidráulica a saturación de acuerdo con la textura del suelo y la densidad aparente o según las condiciones primordiales especificadas. *Al hacer cálculos, la textura es la característica del suelo que ejerce el mayor control para muchos de los suelos. E. Entradas Ingrese los valores altos, bajos y representativos de la conductividad hidráulica a saturación para cada horizonte. El rango de entradas válidas es de 0 a 705μm s-1, y se permiten cuatro cifras decimales. Vegetación/cobertura del terreno COBERTURA DE LA TIERRA TIPO Registre la cobertura dominante de la tierra en el sitio; p. ej., maderas nobles entremezcladas y coníferas. (Parecido a Landuse en PDP). COBERTURA ARTIFICIAL (A) Cobertura que no es vegetación; debido a la actividad humana. Transporte rural caminos, ARU urbano y ciudades construidas, AUR ferrocarril granjas, industria CAMPOS BALDÍOS (B) < 5% cobertura vegetativa natural o de construcción. Culturalmente provocada BCI salina otras planicies áridas saladas, filtros BOB, minas, canteras, marismas, puntos resbaladizos y áreas de desechos de aceites zonas desérticas nieve permanente o hielo BPS roca BRK arena o grava BSG. COBERTURA DE CULTIVOS (C) incluye el ciclo de cultivo completo (preparación de la tierra, cultivo o residuos de la cosecha) par plantas herbáceas anuales o perennes. Cultivo de crecimiento próximo trigo, CCG cultivo en hilera maíz, algodón, CRC arroz, avena y centeno; soya, tomates y pequeños granos otros productos de la huerta, tulipanes. 25

26 COBERTURA DE PASTOS/HERBÁCEAS (G) > 50% pasto, parecido al pasto (juncia/junco), o cobertura de maleza, musgos, líquenes, helechos; no-leñosos. Campos de pastos alfalfa, cañuela, GHL pradera, sabana GRS espiguilla, timothy 10 a 20% de cobertura de árboles en marisma pastos y GML campos de pastos, arbustos GRH plantas parecidas al pasto 20 a 50% de pasturas cubiertas de arbustos, dócil festuca, GPL campos de pastos, tundra GRT espiguilla, timothy y campos de pastos lespedeza, pastizal; GRG otros pastos y herbáceas GOH < 10% árboles, < 20% matorrales; cobertura de campos de pastos utilizada para paja. COBERTURA DE ARBUSTOS (S) > 50% cobertura de arbustos o dosel de enredaderas. Cultivos de matorrales avellanas, SCS arbustos nativos arbustos vivos SNS arándanos, roble decorativo, mezquite, arbustos de salvia, arbustos de creosota para reservas de viveros; campos de pastos >50% cobertura de arbustos de cultivos de enredaderas uvas, SCV otra cobertura de arbustos SOS arándanos, frambuesas. COBERTURA DE ÁRBOLES (T) 25% de la cobertura del dosel por plantas leñosas, naturales o sembradas. Coníferas abeto, pino TCO ciénaga árboles, matorrales TSW cultivo, árboles nueces, fruta, TCR tropical manglar y TTR vivero, pinos de Navidad palmas reales maderas nobles roble, nogal, THW otra cobertura de árboles TOC olmo, álamo maderas nobles entremezcladas y TIM coníferas mezcla de roble pino. AGUA (W) agua en la superficie del suelo; incluye agua estacional congelada. NOMBRE CIENTÍFICO DE LAS PLANTAS Registrar el nombre científico junto o en lugar de los nombres comunes; p. ej., Acer rubrum (arce rojo). Resumen Los suelos son la integración dinámica y física de la materia mineral, orgánica y de organismos, formando y cambiando con el tiempo. Los antecedentes en esta sección deben haberle brindado una apreciación básica sobre los suelos y su interpretación, así como la terminología común y el sistema para describirlos y clasificarlos. Ya con esta apreciación, avanzaremos a la segunda sección de este paquete, que consiste en los métodos y los protocolos para el inventario de C en el subsuelo. 26

27 Parte 2: Métodos de muestreo y protocolos para el inventario de C en el subsuelo Apreciar la interpretación, la descripción y la clasificación de los suelos no sólo nos permite identificar los métodos más adecuados para muestrear un suelo en particular como parte del inventario de C, sino que aumenta la comprensión del observador acerca del ciclo de C en ese suelo. La siguiente sección presenta dos protocolos a detalle para diferentes métodos de muestreo de suelos, incluyendo información sobre sus ventajas, problemas y las circunstancias apropiadas para aplicar las técnicas. Dichos protocolos se proporcionan como parte del paquete de este curso para revisión y estudio antes de la visita; también estarán disponibles durante la visita junto con otros recursos electrónicos que incluyen archivos de hojas de cálculo, presentaciones, artículos publicados y trabajos técnicos, procedimientos y protocolos. En conjunto, estos recursos son una recopilación de materiales útiles para que los participantes los apliquen y los consulten en futuros proyectos de inventario de C en el subsuelo. Junto con las propias notas y experiencias de los participantes, la visita y los recursos deben facilitar un panorama general completo de todas las etapas del inventario de C en el subsuelo. Muestreo de suelos con un nucleador Esta sección es cortesía de la Dra. Eunice Padley, Silvicultora Nacional, Servicio de Conservación de los Recursos Naturales USDA Materiales necesarios: Etiquetas de papel a prueba de agua. Juego de nucleadores para suelo, incluyendo taza para suelo, tapa y martillo deslizante (se necesitan tazas extra). Llaves inglesas una combinación de llave inglesa y llave de correa, para sacar el nucleador si se atora. Materiales para limpiar el nucleador en el campo, incluyendo trapo o toalla afelpada, toallas de papel, cepillo de botella, esponja para tallar, aire comprimido, rasqueta, cepillo de dientes y quizá otros. 2 bolsas de plástico para basura, para colocar el equipo sobre ellas. Tubos plásticos y tapas para los núcleos de suelo (2 tapas por tubo, una para cada extremo) (se necesitan extra). Espaciadores muchos de diferentes tamaños. Espigas cortas (aprox. 12") para sacar las barrenas. Varilla de metal (estaca), para buscar piedras antes de sacar el núcleo. Marcadores indelebles, lápices. Guantes un par para cada miembro del equipo. Tijeras para podar. Cinta métrica de metal o cinta métrica de 50 metros. Cinta métrica pequeña, para medir la profundidad de las muestras de suelos. Unidad de GPS/radio, con baterías extra. Brújula (declinación). Mapa del sitio, e indicaciones a los puntos de muestreo. Formularios para datos. Banderillas u otros marcadores de puntos. 27

28 En el vehículo: una hielera grande y bolsas de hielo. Procedimiento de muestreo escalonado para muestrear núcleo de 30 cm 1. Utilice la varilla de metal para encontrar un lugar dentro del marco de muestreo que no esté obstruido con piedras a una profundidad de 30 cm. Pruebe cuatro lugares en forma de un cuadrado de aproximadamente 2 de lado (estas dimensiones permitirán que el nucleador ingrese entre los lugares que probó). 2. Asegúrese que el nucleador esté limpio. 3. Arme el nucleador de la siguiente manera: a) coloque el tubo plástico dentro de la taza de metal, b) ponga la tapa y c) coloque el martillo deslizador. 4. Coloque el nucleador sobre el lugar que no tiene piedras a una profundidad de 30 cm, perpendicular al suelo. Golpee el nucleador hacia abajo usando el martillo deslizador hasta que la parte superior del tubo (2 cm debajo de la orilla superior de la taza) esté al ras de la superficie del suelo (haga una marca para indicar los 2 cm de distancia de la orilla superior). Si el nucleador topa con una piedra que no cabe dentro del mismo y tampoco se mueve para dejarlo bajar, deseche la muestra parcial e intente en otro lugar. Pueden utilizarse hasta tres lugares dentro del marco. Si ninguno es adecuado, es aceptable tratar de sacar un núcleo justo afuera del marco de muestra, pero elimine la capa de piso forestal antes de sacar la muestra. 5. Gire suavemente el nucleador conforme lo saca lentamente. 6. Quite el martillo deslizador y luego la tapa del nucleador. 7. Elimine el núcleo de suelo en el tubo plástico, usando un sujetador (p. ej., separador, tapa u otra superficie dura) para evitar que el extremo superior del núcleo de suelo se salga. Coloque espaciadores en el extremo superior del tubo para que la muestra se quede en su lugar (pero no mucho a fin de no compactar más el suelo) y coloque la tapa en la parte de arriba. Gire el tubo al revés y cuidadosamente raspe los remanentes en el extremo inferior del tubo con un cuchillo. Junte el material que raspó temporalmente. Si hay una piedra sobresaliendo del extremo del tubo, quítela y reemplácela con una cantidad equivalente de material raspado. Coloque la tapa en el extremo inferior del núcleo. Etiquete las tapas con un marcador y meta la muestra en la hielera tan pronto como pueda (las tapas pueden etiquetarse antes si el equipo lo desea). 8. Tome nota en el formulario de datos que la muestra se obtuvo. 9. Cuidadosamente limpie las fibras del nucleador y la tapa después de usarse. Use toallas de papel y trapo, cepillo, esponja para tallar, aire comprimido, etc. para eliminar el suelo de las fibras. Si la taza y la tapa se atoran por la tierra en las fibras, intente usar las llaves para desarmar el nucleador. En ocasiones, un ligero golpe en la orilla de la tapa con una llave es suficiente para desprender las partículas. En el peor de los casos, podría usarse un torno para desarmar el equipo. Cuide mantener las fibras tan limpias como sea posible a fin de evitar que se peguen. 28

29 Manejo de las muestras Las muestras deben mantenerse frescas mientras se está en el campo colocándolas en la sombra. Las muestras deben meterse en las hieleras de los vehículos unas horas después de haberlas recolectado (por lo general a la hora de comer para muestras recolectadas por la mañana, o al final del día para muestras recolectadas por la tarde). Si hace mucho calor, las muestras deben meterse a la hielera antes. Las muestras de suelo son pesadas, así que pueden necesitar meterse a los vehículos antes para evitar cargar muchas al mismo tiempo. Las muestras se colocarán en congeladores al final de cada día, y se dejarán ahí hasta que se pueda proceder a la preparación de la muestra. Digitalice y envíe por correo electrónico los formularios de datos a los coordinadores del proyecto, o saque fotocopias y guárdelas separadas de las hojas de datos originales. Archive las hojas de datos originales en un lugar específico. Mantenimiento del equipo Las barrenas y los nucleadores pueden oxidarse con la humedad de los suelos, y si llueve pueden oxidarse aún más rápido. Mantenga el equipo limpio y seco para limitar lo oxidado. Al terminar el muestreo, el equipo debe engrasarse y almacenarse un lugar relativamente seco. Medición de la densidad aparente del suelo para muestras de núcleo de volumen conocido 1. Seque la muestra de suelo; obtenga el peso secado al horno de toda la muestra. 2. Tamice la fracción de roca (>2 mm). 3. Obtenga el peso total de las rocas. 4. Coloque agua en un cilindro graduado grande (lo suficientemente grande para que las rocas queden completamente sumergidas). Registre el volumen inicial del agua. 5. Coloque las rocas en el cilindro graduado. Registre el nuevo volumen. Formulario de datos # de muestra Peso secado al horno, muestra total (g) Peso secado al horno, fracción de roca (g) Volumen inicial del agua (cc) Volumen final agua + rocas (cc) Cálculos Núcleo (diámetro interno del tubo plástico) x 12 volumen (muestras 30 cm) = cc Peso secado al horno muestra total Peso secado al horno fracción de roca = Peso secado al horno del suelo (g) Volumen inicial del agua volumen final del agua = volumen de las rocas (cc) 29

30 Volumen del núcleo volumen de las rocas = volumen del suelo (cc) Densidad aparente del suelo = Peso secado al horno del suelo (g) / volumen del suelo (cc) 30

31 Muestreo de suelos por horizonte genético con el método de la calicata Estrategia de muestreo El uso de calicatas en el suelo es más adecuado en suelos con un alto contenido de fragmentos gruesos, profundidades del suelo muy variables o si el objetivo de investigación incluye describir el perfil por completo con muestras representativas enormes de cada horizonte genético. Existen muchas variaciones en dos principales tipos de muestreo de calicata: 1) calicata cuantitativa, que implica el muestreo de arriba debajo de todos los horizontes o incrementos de profundidad en toda el área completa; 2) el método de la calicata, descrito aquí a detalle, que supone primero exponer todo el perfil del suelo para observación y luego tomar submuestras representativas de cada horizonte de la cara [la pared] del pozo. La cantidad de trabajo necesaria para aplicar cualquier método de la calicata a menudo lo hace poco práctico para diseños de muestreo con un alto grado de reproducción, pero la calidad y la cantidad de información que brindan los métodos de la calicata, además de la habilidad de correlacionarlos con métodos que requieren menos mano de obra (p. ej. muestreo de núcleo) los hace una herramienta poderosa en los cálculos de carbono en el subsuelo. Para información adicional sobre los métodos cuantitativos de la calicata, incluyendo conceptos, aplicaciones y cálculos, consultar Vadeboncoeur et al. (2012) o bien, Burton y Pregitzer (2008), los cuales se proporcionarán como recursos electrónicos durante la visita de estudio. Materiales necesarios para el método de la calicata: Etiquetas de papel a prueba de agua. Herramientas de excavación: pala cuadrada, hacha y tijeras podadoras, espátulas, cuchillo para suelos, marcos de madera o plantillas para el área conocida (ca. 225 cm^2), mazo pequeño (ca. 2 kg), barretas cortas (15-25 cm de largo) (ca. 2 y 5 cm de diámetro) marcadas por un lado en incrementos de profundidad de 1, 2, 3, 5 y 10 cm, bloque de madera para martillar. 2 bolsas de plástico para basura, para colocar el equipo sobre ellas. Bolsas plásticas (1 pinta, cuarto de galón dependiendo del tamaño de muestra deseado). Marcadores indelebles, lápices. Guantes un par para cada miembro del equipo. Cinta de medir pequeña o regla de 1 m. Unidad de GPS para tomar geocoordenadas. Brújula (declinación). Mapa del sitio, e indicaciones a los puntos de muestreo. Formularios para datos. Banderillas u otros marcadores de puntos. En el vehículo: una hielera grande y bolsas de hielo. Procedimiento de muestreo escalonado para el método de la calicata 1. Excave una calicata de 1 x 1.5 m de área y 1.5 a 2 m de profundidad, o hasta el horizonte C si es más práctico. 2. Use la orilla de la pala y luego la espátula para exponer un perfil fresco, representativo a lo largo de la pared. 31

32 3. Coloque cinta de medir o la regla a lo largo de la pared recién expuesta y realice las mediciones del horizonte. Empiece en la parte superior con el horizonte O (si es que hay), nombre al maestro o los subhorizontes (p. ej., O, A/E, Bt) y sus grosores en cm en la hoja de datos. Describa el perfil a una profundidad de 2 m o hasta el horizonte C. 4. Si se desean muestras cuantitativas de gran tamaño ( g) o es aparente un alto contenido de piedras, coloque el marco de madera o la plantilla de muestreo en la parte superior de la pared recién expuesta y corte a lo largo de todos los lados con el cuchillo de suelos a través del punto inferior del horizonte O. 5. Con la plantilla colocada, separe el material del horizonte O de la superficie a lo largo de los lados de la plantilla, luego retírela y excave cuidadosamente la muestra de horizonte O que se definió con el corte de la plantilla. Coloque la muestra de horizonte O en una bolsa y etiquétela. 6. Reemplace la plantilla en la superficie de la calicata cuantitativa, y use el cuchillo para suelos o la espátula para agrandarla unos 4-6 cm a lo largo de cada lado. Posteriormente, limpie las paredes y el fondo de esta pequeña calicata cuantitativa (para garantizar que no haya basura orgánica) para preparar la excavación de los horizontes del suelo mineral. 7. Haga muestras de los horizontes del suelo mineral que se midieron y designaron por separado usando los pasos 8 a SI el horizonte es delgado (<5cm) Y fibroso, lleno de raíces finas o tiene un alto contenido de fragmentos gruesos, coloque la plantilla dentro de la pequeña calicata cuantitativa en la parte superior del próximo horizonte a muestrear y use el cuchillo de suelos para cortar el fondo a lo largo de los cuatro lados de la plantilla. Después, haga un corte horizontal a lo largo del límite del fondo del horizonte bajo la plantilla y use la cinta de medir para confirmar el grosor como se registró en la hoja de datos. Inserte la espátula en el corte del fondo del horizonte, cuidadosamente retire el monolito del horizonte intacto, colóquelo en una bolsa plástica y etiquételo. Otro: SI el horizonte es delgado (3-5cm) pero no fibroso, enraizado densamente o pedregoso, use una barreta corta de 2 cm de diámetro para retirar el núcleo horizontal de la pared de la calicata. 9. SI el horizonte es grueso (>5-10 cm) y(o) tiene una textura mineral y un bajo contenido de fragmentos gruesos, use una barreta corta de 5 cm de diámetro y una pala pequeña para excavar un incremento vertical o retirar el núcleo horizontal de cierto grosor (5-10 cm; registre en hoja de datos), colóquelo en la bolsa y etiquételo. Si el horizonte es heterogéneo y profundo o muy grueso, recolecte múltiples muestras de escaso aumento, tomadas de la parte superior, media y baja del horizonte (tome nota de cuántas muestras se colocan en la bolsa). Si el horizonte es homogéneo, se puede excavar la mitad superior del horizonte con la espátula y luego retirar un núcleo representativo de la parte media del horizonte. Una variante sería tomar varios núcleos del horizonte en toda la extensión del horizonte. 10. Repita el paso 6 para preparar la calicata cuantitativa para la excavación del siguiente horizonte, y repita los pasos 8 y 9 para cada horizonte que vaya a recolectar. Manejo de las muestras Las muestras deben mantenerse frescas mientras se está en el campo colocándolas en la sombra. Las muestras deben meterse en las hieleras de los vehículos unas horas después de haberlas recolectado (por lo general a la hora de comer para muestras recolectadas por la mañana, o al final del día para muestras recolectadas por la tarde). Si hace mucho calor, las muestras deben 32

33 meterse a la hielera antes. Las muestras de suelo son pesadas, así que pueden necesitar meterse a los vehículos antes para evitar cargar muchas al mismo tiempo. Las muestras se colocarán en un refrigerador si se van a procesar pronto, o en congeladores si no se procesarán en un período largo. Digitalice y envíe por correo electrónico copias de los formularios de datos a los coordinadores del proyecto, o saque fotocopias y guárdelas separadas de las hojas de datos originales. Archive las hojas de datos originales en un lugar específico. Mantenimiento del equipo Las herramientas se pueden oxidar con la humedad de los suelos, y si llueve pueden oxidarse aún más rápido. Las herramientas oxidadas son herramientas embotadas! Mantenga el equipo limpio y seco para limitar lo oxidado. Al terminar el muestreo, el equipo debe limpiarse, secarse y almacenarse en un lugar seco. Preparación de la muestra y medición de la densidad aparente para muestras de núcleo o plantilla de volumen conocido Note que una ventaja de usar el método de la plantilla es que no requiere del cálculo de densidad aparente para calcular el almacén de C o la densidad de masa de las raíces (g cm^2); en lugar de ello la concentración de C o la masa de las raíces en la muestra puede multiplicarse directamente por la densidad de masa medida (g de suelo por cm^2 del área de la plantilla). No obstante, ya que la densidad aparente con frecuencia es una variable de interés por sí sola, a continuación se proporcionan ejemplos de cálculos: 1. Seque toda la muestra de suelo; obtenga el peso secado al horno de toda la muestra. 2. Tamice las raíces finas e inclusiones (> 2 mm) como raíces gruesas y rocas. 3. Obtenga el peso total en seco de las rocas, las raíces gruesas y las finas. 4. Coloque agua en un cilindro graduado grande (lo suficientemente grande para que las rocas queden completamente sumergidas). Registre el volumen inicial del agua. 5. Coloque las rocas en el cilindro graduado. Registre el nuevo volumen. 6. Calcule el volumen de las inclusiones de raíces gruesas usando una densidad de 1 g cm^3 y la masa medida en el paso 3. Formulario de datos # de muestra Peso secado al horno, muestra total (g) Peso secado al horno, fracción de roca (g) Peso secado al horno, raíces gruesas Peso secado al horno, raíces finas Volumen inicial del agua (cc) Volumen final agua + rocas (cc) Ejemplo de los cálculos Volumen del suelo: Núcleo: (π x r^2 x grosor) = 3.14 x [2.5 cm (radio interno de la barrena)] 2 x 5 cm (aumento en profundidad) = 98.1 cm^3 33

34 Plantilla: (Área de la plantilla x grosor del horizonte) = 225 cm^2 x 3 cm = 775 cm^3 Peso secado al horno, muestra total Peso secado al horno fracción de roca Peso secado al horno raíces gruesas Peso secado al horno raíces finas = Peso secado al horno del suelo (g) Volumen inicial del agua volumen final del agua = volumen de las rocas (cc) Volumen del núcleo volumen de las rocas volumen de las raíces gruesas = volumen del suelo (cc) Densidad aparente del suelo = Peso secado al horno del suelo (g) / volumen del suelo (cc) Arriba: Aplicación del muestreo de la calicata en un suelo con un alto nivel freático. Note que la capa superior del suelo oscura, densamente enraizada, fibrosa del horizonte A se muestreó de manera cuantitativa desde la parte superior hacia abajo con una plantilla, mientras que el siguiente horizonte mineral bajo este, se muestreó horizontalmente con una barrena. 34

35 Muestreo, Método Cuantitativo Esta sección es cortesía del Dr. Kris Johnson, Biólogo Investigador, USDA-Estación de Investigación del Norte del Servicio Forestal Establecer el marco y muestrear los horizontes O 1. Localizar el hoyo donde caiga el punto de muestreo*. 2. Asegurar el marco. Quitar los residuos leñosos y las plantas vivas. 3. Medir la profundidad desde la parte superior del marco a la superficie del horizonte O en los puntos de la cuadrícula. 4. Recolectar todos los horizontes Oi y Oe dentro del marco y pesarlos en una bolsa. Utilice un cuchillo para cortar alrededor de los bordes. Volver a medir la profundidad en la parte superior del horizonte Oa. 5. Recolectar todo el Oa en el marco. Tamizar para eliminar piedras y raíces grandes ** sobre una lona. Pesar el material tamizado. Volver a medir en la parte superior de la capa mineral. Tome en cuenta las mediciones que caen sobre rocas. Recolectar muestras de suelo mineral 1. Aflojar el suelo mineral con paletas y excavar a una profundidad de 10 cm por debajo de la parte superior del suelo mineral (es decir, 10cm + el marco + los horizontes O). Comprobar con frecuencia la profundidad y el ancho del hoyo para cavar las dimensiones deseadas (por ejemplo 50 X 50 X 10 cm). 2. Separar el suelo <12 mm tamizándolo, pesando el material de cada cubeta. Después de pesar todo el suelo, mezclarlo y retirar una submuestra (2-4 kg). Pese las piedras, y por separado pese y ponga en bolsas las raíces**. Con las rocas grandes que sobresalen en el hoyo, encuentre rocas de volumen similar para pesarlas e incluirlas en la masa total de rocas. Ignore las rocas pequeñas (< 10cm) o que sobresalen menos de la mitad en el hoyo. 3. Medir hasta una profundidad de 20 cm debajo de la superficie mineral, tomando en cuenta las mediciones que caen sobre rocas. 4. Repetir 1-3 para el próximo intervalo de profundidad (por ejemplo cm). Una secuencia común de muestreo es de 0-10, y 30-50cm (o hasta la parte superior del horizonte C). * Reubicación de hoyos Si decide mover la ubicación del hoyo debido a rocas y árboles, Vadeboncoeur et al (2012) sugiere las siguientes pautas: El centro de pozo no debe encontrarse a 50 cm de un árbol > 10 cm en diámetro. El área de hoyo no tiene >50% de cobertura de roca. No se notan perturbaciones recientes del suelo (e.g. trochas de arrastre). Al menos tres barras de acero se pueden conducir lo suficientemente profundo en el suelo para asegurar firmemente el marco de referencia. La microtopografía permite asentar el marco firmemente sobre la superficie del suelo. ** Muestreo de raíces Si decide muestrear las raíces, recolecte las raíces más grandes que no pasan por el tamiz de 12mm. En el laboratorio, puede separar las raíces más pequeñas del horizonte Oa y submuestras minerales. Alternativamente puede tomar un submuestra en cada profundidad del mineral con pinzas en el campo (Park et al. 2007). 35

36 Muestreo de suelos orgánicos con la barrena de turba Macaulay Esta sección es cortesía de la Dra. Eunice Padley, USDA-NRCS. Métodos adaptados de: Manual de Métodos de Campo y Laboratorio para el Estudio de Suelos USDA-NRCS, Informe de Investigaciones de Estudios de Suelos No. 51, Versión 2 (2014). Disponible en: Si los suelos se drenan o el nivel freático natural está bajo la superficie, obtenga las muestras de las capas superiores de un pozo. Si la conductividad hidráulica es lo suficientemente lenta, cave y retire las muestras bajo el nivel freático hasta donde sea práctico con la debida rapidez y coloque las muestras en una hoja plástica de manera ordenada para descripción y procesado. Coloque las muestras en bolsas plásticas etiquetadas con la información de profundidad o bien, del horizonte. Si se pueden retirar bloques inalterados (como están) del pozo para determinar la densidad aparente, cave cubos de una dimensión específica (p. ej., 5 cm de lado), coloque el bloque en una bolsa plástica etiquetada con la información de profundidad u horizonte y las dimensiones de la muestra, y el código BD para densidad aparente. Coloque la muestra en una segunda bolsa plástica si parece que la primera va a chorrear. En las notas de muestreo, incluya las dimensiones de la muestra y el número de muestras para la densidad aparente, y el número de muestras para análisis de laboratorio. Mantenga las muestras de densidad aparente separadas de aquellas muestras que sólo son para análisis de laboratorio. Recolecte muestras de la parte inferior del nivel freático con un muestreador de turba Macaulay. El muestreador Macaulay es una barrena de medio cilindro, gubia con aleta de bisagra. Se empuja a través del suelo orgánico suave y se gira parcialmente para obtener la muestra. 36

37 Si las muestras parecen inalteradas, marque segmentos de 10 cm, corte con un cuchillo y coloque un sólo segmento en una bolsa plástica etiquetada con la profundidad. Use una segunda bolsa plástica si parece que la primera va a chorrear. Incluya el diámetro del muestreador Macaulay y la longitud del núcleo en las notas de muestreo, junto con la profundidad a la que se recolectó la muestra. La forma de la muestra es de medio cilindro. Calcule el volumen de la muestra en base al diámetro del núcleo y la longitud. Las muestras recolectadas con el muestreador Macaulay pueden utilizarse para determinar la densidad aparente así como para análisis de laboratorio. Dependiendo de los métodos de laboratorio a usar, puede necesitarse más de una muestra de la misma profundidad. Muestreo de suelos orgánicos con una barrena abierta tipo gubia Esta sección es cortesía del Dr. Carl Trettin, Científico de Suelos de Investigación de Supervisión y Líder del Equipo en el Centro para la Investigación de Humedales Boscosos, USDA-Estación de Investigación del Sur del Servicio Forestal. Extraído del manual de métodos de campo del inventario de reservas de carbono para el Proyecto de Manglares de la Costa Occidental de África (Stringer et al., 2015). 1.1 Suelos Panorama general Los suelos son típicamente el suministro más grande de carbono que contribuye a las reservas de carbono de los ecosistemas manglares. Como tales, la atención al detalle y los procedimientos adecuados son cruciales durante el proceso de muestreo. Las muestras de suelo se usan para determinar la densidad aparente y el contenido de carbono del suelo. El procedimiento a continuación resume las medidas básicas para obtener un núcleo y recolectar una muestra de suelo. Los intervalos de muestreo deben establecerse como parte de los protocolos de un proyecto Procedimiento La mayor parte de los núcleos de suelo en el ambiente manglar se obtiene utilizando una barrena abierta tipo gubia cilíndrica. Sin embargo, si hay turba, otra herramienta puede resultar más 37

38 adecuada (p. ej., la barrena de turba Macaulay). Ya que los suelos minerales son el sustrato predominante en la región Occidental de África, los pasos que se describen aquí son para usar una barrena tipo gubia. Figura 2.1. Los miembros del equipo de campo trabajan para recolectar núcleos de suelo con una barrena abierta tipo gubia cilíndrica. La barrena tipo gubia se empuja en el suelo a la profundidad adecuada, por lo general en segmentos de 1 m, y se gira, permitiendo que las orillas filosas de la barrena corten una muestra cilíndrica. La parte superior de la barrena tiene una inclinación, y sólo debe insertarse en el suelo hasta donde empieza la sección inclinada. Gire la barrena aproximadamente 5 vueltas en dirección a las manecillas del reloj y continúe girando conforme la retira del suelo. Una vez que se saca, debe utilizarse un cuchillo para cortar una rebanada de la parte superior del núcleo de modo que la muestra que permanece en el mango quede uniforme con la parte superior de la barrena. Figura 2.2. Se usa un cuchillo para retirar la parte superior del núcleo. 38

39 En cada intervalo de muestreo de interés, se corta y extrae una sección del núcleo (típicamente 5 cm). Debe utilizarse una regla para medir y marcar cada sección de núcleo a retirar (Figura 2.12). La longitud de la muestra debe medirse al mm más cercano y la muestra debe colocarse en un recipiente previamente etiquetado (Figura 2.12). Las preferencias son una bolsa plástica o una lata de secado. Es crucial que retire y conserve toda la muestra de suelo del intervalo designado. El intervalo de muestreo debe ajustarse si la zona de muestreo designada está alterada (p. ej., raíces o agua). Si debe moverse el intervalo, asegúrese de registrar la nueva profundidad de la sección muestreada y la razón por la cual se movió. Después de cada núcleo, asegúrese de enjuagar y limpiar la barrena muy bien. Figura 2.3. Izquierda: Los miembros del equipo de campo miden y marcan cuidadosamente las secciones del núcleo donde se retirarán las muestras. Derecha: Se corta una sección del núcleo y se coloca en un recipiente de almacenamiento Equipo Barrena tipo gubia, como la que fabrica AMS, Inc.: Cuchillo Cincel/cuchillo flexible/espátula de metal o de hule Esponja (con un lado grueso) (para limpiar) Regla de 1 m Recipiente para muestras: ya sea bolsas de plástico o una lata de secado (Sugerencia: Artículo Ben Meadows No Llaves inglesas ajustables (al menos dos para armar la barrena) Consejos Mantenga el tráfico alrededor del sitio al mínimo, ya que si mucha gente camina por el área el suelo puede compactarse. Si no puede insertar la barrena a la profundidad total requerida, no la fuerce, ya que puede dañarla. En este caso, muy probablemente haya topado con una raíz muy grande 39

40 que no puede penetrarse. Sencillamente retire la barrena y vuelva a intentarlo en otro lugar. Dependiendo del sustrato, en ocasiones puede ser necesario que una segunda persona ejerza fuerza sobre la barrena. Usar un cuchillo flexible o una espátula de metal o de hule ayudará a retirar todo el material del suelo de la parte interior de la barrena tipo gubia. Es útil usar una lata de secado, a diferencia de una bolsa plástica, para las actividades de laboratorio posteriores al campo ya que permite secar la muestra directamente en el recipiente sin tener que transferirla. Para ahorrar tiempo en el campo etiquete por anticipado los recipientes con un esquema de números. Sólo asegúrese de registrar el número de recipiente en su hoja de datos de campo. Aunque debe moverse el intervalo de muestreo si surge alguna alteración en la profundidad, como agua o raíces, no debe moverse si el intervalo de muestreo contiene arena o cualquier otro tipo de suelo distinto a lo que comúnmente se ha visto durante la excursión de campo. Dichas varianzas necesitan capturarse y es importante que se muestreen como cualquier otro suelo. La barrena y el resto del equipo utilizado necesita enjuagarse perfectamente con agua dulce después de cada uso y en especial al final de un día de trabajo, para evitar que se oxide. 40

41 Parte 3: Métodos de laboratorio para el inventario de C en el subsuelo métodos y procedimientos Con las muestras que se han recolectado volumétrica y cuantitativamente según los protocolos específicos, estamos listos para centrarnos en los procedimientos de laboratorio para procesar y analizar las muestras. Ahora es un buen momento para reconsiderar qué es lo que estamos tratando de lograr: un inventario para las reservas de C en el subsuelo para un área en particular o conjunto de suelos. Por lo tanto es importante comprender cómo se forman los suelos y cómo están distribuidas las reservas de C, a fin de tomar muestras cuidadosamente con un protocolo diseñado para capturar la variabilidad en las distribuciones de C, y aplicar el mismo cuidado en la preparación y análisis de las muestras en el laboratorio. Si minimizamos nuestros propios errores al preparar y analizar suelos, podemos producir mejores datos y restringir las fuentes de duda a aquellas que existen en el campo que son, sin duda, importantes. Dicho de otra forma, a través de una buena preparación y algunos análisis sencillos podemos obtener información muy detallada sobre los suelos que recolectamos; sabiendo qué tan bien representan la vulnerabilidad espacial y temporal en el campo es tema aparte. Un riguroso inventario de C en el subsuelo cuenta con datos suficientes que los coeficientes de variación son bajos para las estadísticas de interés; en virtud de una visita de estudio oportuna utilizaremos métodos de laboratorio que puedan aplicarse sólo a unas cuantas muestras o a grupos de decenas y cientos de muestras de suelos. Color y ph del suelo El color y el ph del suelo son dos mediciones fundamentales que pueden revelar mucho sobre las características del suelo y su influencia en las reservas y el ciclo de C. Estas pruebas rápidas pueden realizarse en el laboratorio o en el campo. En el laboratorio usaremos el Libro de Color de Munsell para describir el color de cada muestra de suelo. Es importante advertir que los suelos pueden cambiar-a veces muy rápido-al secarse o al estar expuestos a la atmósfera, y variarán según las condiciones de luz en el ambiente bajo las que se determinen. De modo que es importante notar si la muestra está saturada, húmeda o seca y cuáles fueron las condiciones de luz (p. ej., soleado, nublado, sombreado, artificial) al momento de la observación. Los esquemas de color de Munsell se basan en el diagrama de matiz/valor/croma: p. ej., 7.5YR4/4. El matiz (color específico) variará 41

42 principalmente de acuerdo con las propiedades minerales, del material progenitor o redox. En los suelos minerales de Michigan que muestrearemos en esta visita (y en muchos otros), los minerales progenitores dominantes del suelo mineral contienen mucho hierro, por eso el tono del suelo varía de rojizo a amarillento (p. ej., 5R, 7.5R, 10YR). En una serie de suelos con una mineralogía del material progenitor similar, la variación en el valor del color de Munsell corresponde principalmente al contenido de materia orgánica los valores bajos representan el extremo más oscuro del espectro debido a la presencia de materia orgánica entremezclada o adsorbida, mientras que los valores más claros (pálidos) reflejan la expulsión de materia orgánica. En cualquiera de los suelos minerales muestreados durante la visita, es común encontrar horizontes A con valores muy bajos (reflejando una abundante mezcla de granos minerales con materia orgánica en la superficie), subyacentes a horizontes E con altos valores donde la materia orgánica se ha expulsado y vuelto a depositar en los horizontes B subyacentes (nuevamente con valores bajos). Por último, con el sistema Munsell, el croma describe la intensidad del color de una muestra. Las clasificaciones completas del color de Munsell son una manera útil de visualizar el movimiento de la materia orgánica (y C) en el suelo, clasificar el contenido de materia orgánica a lo largo de una variedad de suelos, y también destacar las diferencias en la mineralogía del material progenitor las cuales pueden tener consecuencias drásticas en la capacidad de retener materia orgánica de la matriz mineral del suelo. El ph del suelo es una propiedad importante por muchas razones afecta la solubilidad de los iones disueltos y por lo tanto, afecta el crecimiento de las plantas, la descomposición y el ciclo de nutrientes. Al medirse por todo el perfil del suelo puede indicar características importantes sobre cómo se está desarrollando el suelo. Quizá principalmente para los propósitos del inventario de C en el subsuelo, el ph del suelo indica si hay posibilidades de que contenga C inorgánico lo cual puede afectar de manera considerable la interpretación de cualesquier datos que resulten de los análisis de C total (p. ej., análisis por combustión seca). Como mínimo, a no ser que se tenga la certeza de que un horizonte dado o perfil no tiene C inorgánico, es importante realizar al menos una prueba de efervescencia añadir varias gotas de 1N HCL a 1g de muestra de suelo húmedo y advertir si se lleva a cabo la evolución del carbonato ( burbujeo ). De otra manera, el ph del suelo puede (y debe) documentarse para cada muestra de suelo, ya sea en una pasta de 1:1 suelo y agua examinada con un medidor calibrado (frecuentemente preciso a la décima o centésima unidad de ph), o más precisamente usando una prueba química (p. ej., kit para prueba de ph Truog). Con base en el análisis de 67,000 muestras de suelo mundiales de la base de datos del USDA, las concentraciones de C inorgánico son bajas (0-10%) para suelos con ph menor a 7; a un ph menor a 5, podemos asegurar que no existe C 42

43 inorgánico en la muestra. Sin embargo, a un ph superior a 7, los porcentajes de C inorgánico pueden aumentar rápidamente y alcanzar hasta el 100% del C total en la muestra, de modo que es importante realizar la prueba de efervescencia y en caso necesario, tratar la muestra con ácido para eliminar los carbonatos si se va a llevar a cabo un análisis de C total. En esta visita de estudio, cuantificaremos las concentraciones de materia orgánica y utilizaremos ecuaciones de predicción para convertirlas a concentraciones de C orgánico para nuestra serie de datos, evitando la necesidad de acidificar nuestras muestras antes del análisis. Preparación de muestras de suelo para mediciones y análisis físicos Por razones científicas, prácticas y convencionales, la mayoría de las mediciones y análisis físicos de los suelos se realizan en fracciones específicas del material del suelo. Las raíces se eliminan de las muestras de suelo no sólo porque son un componente dinámico e importante del inventario de C en el subsuelo en sí, sino también porque el submuestreo representativo de las muestras de suelo es más difícil cuando contienen raíces intactas. En los suelos minerales, la fracción del suelo en la que correremos la mayoría de las pruebas, y calcularemos las propiedades físicas (p. ej., densidad aparente) se denomina fracción de tierra fina. Se define de manera operativa como la parte de la muestra de suelo que pasa por un tamiz con malla de 2mm. Las raíces finas (en mayor parte) se excluyen durante el tamizado, al igual que los fragmentos gruesos (piedras y raíces gruesas), que como mejores prácticas se reportan por separado (masa y volumen) como propiedades físicas del suelo de interés directo y de importancia para el cálculo de densidad aparente. Los horizontes orgánicos (y los suelos orgánicos) pocas veces son fraccionados en tamaño con el tamizado; en ocasiones se aplican tamaños de tamiz más grandes o criterios diametrales para restos leñosos en horizontes O. Las raíces son mucho más difíciles de separar de los materiales del suelo orgánico (>40% de la materia orgánica, ~20% del C orgánico), y podrían incluirse en la materia orgánica analítica o en las determinaciones de C de dichos materiales del suelo. En los protocolos de la USDA, sólo los materiales orgánicos que pasan fácilmente a través del tamiz de 2mm se utilizan en los análisis; las raíces y los materiales del suelo orgánico más grandes (p. ej., ramitas, frutos o semillas de las plantas) se excluyen de las muestras que se utilizan en los procedimientos analíticos. Pueden justificarse diferentes métodos según los objetivos de un proyecto particular. Por ejemplo, si la cantidad de interés es la reserva total de C en el subsuelo, puede pulverizarse toda la muestra (raíces finas y gruesas, fracción de tierra fina) y analizar su materia orgánica o contenido de C. En esta visita de estudio, excluiremos las raíces de las muestras de suelo mineral con un tamiz, aunque por tiempo, no las eliminaremos de las muestras de suelo orgánico. El procesado en laboratorio p. ej., tamizado y recolección de raíces de la mayor parte de las muestras de suelo se lleva a cabo más fácilmente después de dejarlas secar al aire libre de 3 a 7 días. La mejor práctica es esparcir una capa delgada de las muestras individuales sobre charolas de plástico anchas, en papel duradero o sobre una superficie de cartón y dejarlas en un área bien ventilada de baja humedad sin que les dé el sol directamente hasta que el agua libre se haya 43

44 evaporado. Si las muestras están muy húmedas (cualquiera entre humedad de campo y capacidad de campo), será más difícil que pasen a través del tamiz de 2mm, y las partículas minerales y la materia orgánica se pegará a las raíces finas y los fragmentos gruesos. Si las muestras están muy secas, las raíces finas se volverán pulverizables y se fragmentarán fácilmente, pasando a través del tamiz de 2mm y predisponiendo la materia orgánica, el contenido de C y las mediciones de densidad de la fracción de tierra fina. Debido al tiempo de esta visita de estudio, procesaremos los suelos que se hayan secado al horno unas 16 horas a 60. Éstos estarán lo suficientemente secos como para trabajarlos en el laboratorio, pero es importante tomar en cuenta que 60 no es la definición estándar de secado al horno. Para proyectos de análisis e informe de materia orgánica del suelo, C y propiedades físicas (p. ej., masa y densidad) la mejor práctica es secar todas las muestras al aire libre y al procesarlas, tomar submuestras representativas para secarlas al horno a 105. Esta temperatura es el estándar comúnmente aceptado para suelo secado al horno y la submuestra puede utilizarse para calcular la proporción secado al aire libre : secado al horno. La muestra secada al horno es la que se utiliza para los análisis químicos y la proporción secado al aire libre : secado al horno se utiliza para corregir la masa de toda la muestra secada al aire libre en base al secado al horno. La Tabla 1.2, tomada de Pansu y Gautheyrou (2006; Springer, Handbook of Soil Analisis) ayuda a contextualizar lo que logramos al calentar suelos. Mientras que calentar a 60 o 105 eliminará la mayoría del agua libre de la mayor parte de los suelos, los suelos que contengan grandes porcentajes de ciertos minerales seguirán reteniendo una cantidad considerable de agua molecular a temperaturas de varios cientos de grados. Seguir calentando una muestra de suelo resultará en la pérdida de materia orgánica por combustión, la descomposición térmica de varios materiales inorgánicos del 44

45 suelo (p. ej., carbonatos, hidróxidos) e incluso puede utilizarse para inferir la mineralogía aproximada del suelo. En esta visita de estudio, realizaremos cálculos de la proporción 60 : 105 y también utilizaremos las mediciones de pérdida en ignición (calentar a 500 ) para cuantificar los contenidos de materia orgánica del suelo. Procedimientos para procesar suelos Separar la fracción de tierra fina de los fragmentos gruesos y las raíces finas (suelos minerales) Equipo: Tamiz de 2mm con charola Mantel o superficie de papel para trabajar Latas o recipientes para raíces, piedras, tierra fina, etc. Fórceps Cepillos de cerdas duras Cuchara o raspador Mortero o pulverizador Equipo de disección Imán Procedimiento: 1. Coloque el mantel o el papel sobre la superficie de trabajo, a fin de mantener el área limpia y recuperar cualquier material que se derrame durante el proceso (las muestras son cuantitativas y debe pesarse y considerarse todo el material). 2. Coloque el tamiz sobre la charola y vacíe la muestra de suelo mineral de su bolsa o de la charola de secado dentro del tamiz. Agite la bolsa de la muestra o use un cepillo de cerdas duras para limpiar la charola de secado y garantizar la recuperación completa de la muestra. 3. Agite el tamiz varias veces y(o) use fórceps para picar la muestra. El objetivo es dispersar la muestra de manera uniforme sobre el tamiz para inspeccionarla visualmente. Advierta y registre cualesquier propiedades poco comunes o difíciles de la muestra. Los problemas comunes en las muestras de suelo mineral pueden incluir grandes cantidades de carbón, fragmentos de metal (artefactos del nucleador que pueden eliminarse con un imán), terrones de filamentos de hongos que pueden ser difíciles de separar de la fracción de tierra fina, material estercolero animal, cuerpos de macroorganismos (que deben eliminarse). También, esté pendiente de basura superficial o materia de plantas en suelos más profundos; ya que representan contaminación. 4. Use fórceps para eliminar cualquier fragmento grueso (piedras, carbón o raíces >2mm de diámetro) y colóquelos por separado en latas etiquetadas. También use fórceps para retirar raíces finas (<2mm de diámetro) y colóquelas por separado en latas. Si las partículas del suelo se adhieren a fragmentos gruesos o a raíces (un problema principalmente en suelos húmedos), use los cepillos o golpee la orilla del tamiz al sujetar la raíz para retirar las partículas del suelo 45

46 pegadas. Es importante minimizar la cantidad de fracción de tierra fina en las raíces y los fragmentos gruesos. 5. Agite o revuelva el tamiz periódicamente para promover que los materiales de tierra fina pasen a través de la malla y a la charola, y para exponer los fragmentos gruesos y las raíces finas. Repita el No. 4 siempre que sea necesario. 6. Use cucharas, mortero, pulverizadores y raspadores para romper cuidadosamente bolitas u otras unidades estructurales del suelo (p. ej., partículas del suelo pegadas a las raíces finas). Después de romper las unidades estructurales, repita el No. 4 y No. 5 según sea necesario hasta que toda la fracción de tierra fina pase a través del tamiz y que todos los fragmentos gruesos y las raíces finas se hayan eliminado y colocado en las latas. 7. Retire el tamiz de la charola y use fórceps para revolver la fracción de tierra fina. Elimine cualesquier fragmentos obvios de raíces finas >1 cm de largo, que en ocasiones pueden pasar a través del tamiz pero que deben colocarse en la lata de raíces finas. Coloque la charola aparte. 8. Invierta el tamiz sobre la sobre la superficie de trabajo (mantel) y use el equipo de disección y los cepillos para retirar los fragmentos gruesos lo suficientemente pequeños como para atorarse en la malla pero demasiado grandes como para pasar a través de ella. Este es un problema con suelos con fragmentos de carbón o grava muy pequeña. 9. Inspeccione la superficie de trabajo y recupere los fragmentos gruesos y cualesquier materiales que se hayan derramado en las latas correspondientes. Mediciones físicas de tierra fina, fragmentos gruesos y raíces finas Equipo: Balanza precisa a 0.01g Cilindros graduados Suministro de agua (de preferencia desionizada) Basurero para piedras y agua Medidor de ph Gotero Depresor lingual o agitador de vidrio Espátula de laboratorio Libro Munsell de color Vaso de precipitado de 50 ml o vasos de papel Frascos o bolsas etiquetadas para archivar Frascos etiquetados para secar al horno Latas etiquetadas para pérdida en ignición Procedimiento: 1. Pese la lata que contiene las raíces finas al 0.01g más cercano. Registre la masa en la hoja de datos, vacíe las raíces finas en un vial o bolsa pequeña para archivarlas y vuelva a pesar la lata vacía. Registre la masa de la lata vacía en la hoja de datos. 46

47 2. Pese la lata que contiene los fragmentos leñosos gruesos y repita el resto de los pasos que se mencionan en el No Pese la lata que contiene los fragmentos de mineral gruesos (piedras) y registre la masa en la hoja de datos. Llene el cilindro graduado (tamaño adecuado para el volumen de las piedras en la muestra) con agua hasta un volumen conocido, exacto. El agua no necesita ser desionizada. Registre el volumen en la hoja de datos. Por ejemplo, si los fragmentos gruesos son pequeños y pocos, use un cilindro graduado de 10ml para 5ml. Vacíe las piedras en el cilindro graduado. Registre el volumen de agua en la hoja de datos, pese la lata vacía y registre su masa. Estos datos son necesarios para medir la masa de las piedras y su volumen por desplazamiento. 4. A menos de que se desee conservar las piedras para análisis mineralógicos, vacíe el cilindro graduado en el basurero. 5. Pese la lata que contiene la fracción de tierra fina y registre la masa al 0.01g más cercano, Garantizando una submuestra representativa y usando una espátula de laboratorio, coloque 3-5g en un frasco o lata previamente pesada y etiquetada y registre la masa en la hoja de datos. Coloque el frasco en un horno de secado a 105. Después de horas, la masa de la muestra seca se usará para calcular la proporción secado al aire : secado al horno (o en este caso 60 : 105 ). 6. Coloque g de material de tierra fina en un vial o bolsa etiquetada para archivar y resérvela. El material restante se utilizará para determinar el ph y el color y la medición de pérdida en ignición. 7. Para el ph del suelo, use la espátula de laboratorio para colocar de g de suelo en un vaso de papel o de precipitado. Añada ml de agua desionizada, agite vigorosamente con el depresor o el agitador y reserve. 8. Para el color del suelo, coloque de g de suelo en un vaso de papel y añada suficiente agua (1-3 ml) para humedecer la muestra. Mezcle para lograr una humedad y color homogéneos. Use la espátula para distribuir cantidades pequeñas de muestra en el libro Munsell de color; haga la determinación del color y regístrelo en la hoja de datos. 9. Para el procedimiento de pérdida de ignición, coloque de g del suelo (al 0.01 g más cercano) en una lata de suelo pesada y pregrabada. Registre la masa y el número de lata en la hoja de datos. La siguiente sección incluye detalles sobre el procedimiento de pérdida de ignición. 10. Después de minutos, mida el ph (a la unidad 0.1 más cercana) del lodo 1:1 suelo:agua preparado en el No. 7. Registre el valor en la hoja de datos. 47

48 Análisis de contenido mineral y orgánico (Métodos adaptados del Manual de Métodos de Campo y Laboratorio para el Estudio de Suelos de USDA-NRCS, Informe de Investigaciones de Estudios de Suelos No. 51, Ver. 2 [2014] Aplicación. El contenido mineral consiste de ceniza de plantas y partículas del suelo que permanecen después de retirar la materia orgánica. El porcentaje de materia orgánica perdida en la ignición puede utilizarse para definir suelos orgánicos en lugar de los cálculos de materia orgánica por el método de C orgánico de Walker-Black (6A1c, método obsoleto). La determinación de la materia orgánica por pérdida de ignición es un criterio taxonómico para los materiales de suelos orgánicos (Soil Survey Staff, 2014). Los datos de C orgánico de Walker- Black por lo general se consideran inválidos si el C orgánico >8%. 2. Resumen del método. Secar la muestra durante toda la noche a 110 C en una lata de humedad. Enfriar y pesar. Colocar la muestra en un horno de mufla frío y elevar la temperatura a 400 C. Dejar secar toda la noche (16 h), enfriar y pesar. La proporción de los pesos (400 C/110 C) es el porcentaje de contenido mineral (método 5A). 3. Interferencias. La muestra debe colocarse en un horno de mufla frío para evitar la combustión rápida y salpicaduras de la muestra. 4. Seguridad. Use precaución cuando el horno de mufla está caliente. Use vestimenta protectora y lentes. Maneje el material caliente con pinzas. 5. Equipo: 5.1 Latas de metal para pesar 5.2 Horno, 110 C 5.3 Horno de mufla, 400 C 5.4 Balanza electrónica, ±0.01-g de sensibilidad 6. Procedimiento: 6.1 Coloque de 10 a 15 g de muestra en una lata para pesar tarada. 6.2 Seque la muestra a 110 C durante toda la noche. 6.3 Retire la muestra el horno, tape y deje enfriar en un desecador. 6.4 Al enfriarse, registrar el peso al 0.01 g más cercano. 48

49 6.5 Coloque la muestra y lata pesada en un horno de mufla frío. Eleve la temperatura a 400 C. Caliente durante toda la noche (16 h). 6.6 Retire la muestra del horno, tape y deje enfriar en un desecador. 6.7 Al enfriarse, registrar el peso de la muestra al 0.01 g más cercano. 7. Cálculos 7.1 Contenido mineral (%)=(RW/ODW)x100 donde: RW=Peso residual después de la ignición ODW=Peso del suelo secado al horno El porcentaje de material orgánica ahora puede calcularse de la siguiente manera: 7.2 Contenido de materia orgánica (%)=100 Contenido mineral (%) FIN DEL EXTRACTO DEL MANUAL DE MÉTODOS DEL USDA-NRCS Recuerde que en esta visita de estudio utilizaremos un enfoque ligeramente distinto al descrito anteriormente. Las diferencias clave incluyen la temperatura de combustión (usaremos 500 en lugar de 400 ) y el hecho de realizar la prueba en muestras que se han secado a 60 (por ello la necesidad de calcular la proporción 60 : 105 en una submuestra de la fracción de tierra fina). Calcular y estimar la densidad aparente y el carbono orgánico del suelo Las medidas de masa cuantitativa y volumen que hicimos para las fracciones de tierra fina y fragmentos gruesos de nuestras muestras de suelo nos permiten calcular varios parámetros de densidad aparente. La densidad aparente del suelo no sólo es una estadística que se utiliza para aumentar a escala las concentraciones de materia orgánica y C en reservas de MOS y C (tamaño de la reserva en el área por unidad de masa), sino también la propiedad física del suelo de interés directo y relevancia para el crecimiento de plantas, los flujos de gas en el suelo e incluso aplicaciones ingenieriles. Esta sección nos brinda un panorama general de varios distintos cálculos de densidad aparente, así como los métodos para calcular las concentraciones de C orgánico utilizando las concentraciones de materia orgánica que medimos por la pérdida de ignición. 49

50 Densidad aparente y reservas de C en el suelo La densidad aparente describe la masa de los materiales del suelo por unidad de volumen. Los componentes del suelo que se incluyen en las mediciones de masa y volumen pueden variar según las preguntas de interés. En general, la primera y mejor práctica para calcular la densidad aparente en términos de masa de tierra fina por volumen de tierra fina (el ejemplo del lado izquierdo en la figura). Para ello, es necesario excluir los fragmentos gruesos (piedras y raíces leñosas) de la muestra en la que se analiza la materia orgánica o C, y también restar el volumen de dichos componentes del suelo del núcleo del suelo que produjo la muestra. En este caso, calculamos la densidad aparente de tierra fina, la cual es una propiedad de una fracción muy pequeña del suelo a la que analizaremos para otras propiedades p. ej., ph, color y concentración de la materia orgánica. Para aumentar a escala la reserva de C (tamaño de la reserva en masa por área), multiplicamos la densidad aparente * %C * grosor del horizonte. Y lo que es más importante, si hacemos este cálculo utilizando la densidad aparente de tierra fina para una variedad de suelos diferentes, estaremos expresando y comparando sus reservas de C en base a una masa equivalente. En términos del inventario de C, este es un método adecuado si se repetirá el monitoreo y se espera que la densidad del suelo cambie con el tiempo (p. ej., compactación por silvicultura o tráfico vehicular agrícola). En dado caso, siempre compararemos las reservas de C en base a una masa del suelo equivalente. Por contraste, si no esperamos cambios en la densidad del suelo con el tiempo y deseamos expresar la reserva de C en base por volumen, utilizamos una medida diferente para la densidad aparente. En este caso, calculamos la densidad aparente volumétrica como la masa de tierra fina por volumen del núcleo. No nos importa que tanta masa o volumen ocupen las piedras, todo lo que nos interesa es la masa de tierra fina por volumen del núcleo. Al conocer dicha masa de tierra fina por volumen del núcleo, la multiplicamos por el % de C y el grosor de la muestra para llegar a la reserva de COS (masa 50

51 de C) por área (cm^2) para una profundidad específica (cm). Este es el método más ampliamente utilizado en inventario de C en el subsuelo, y con relevancia más directa a los marcos de trabajo para reportar C (p. ej., IPCC, UNFCCC). El tipo final de densidad aparente es la más sencilla de calcular pero no es la adecuada para los propósitos de contabilidad de C. La densidad aparente entera del suelo es la masa de todos los materiales del suelo dividida entre el volumen de todos los materiales del suelo (que es lo mismo que el volumen del núcleo). Esta no sería adecuada para los propósitos de contabilidad de C porque estaríamos intentando multiplicar la concentración de C de la fracción de tierra fina por la masa y el volumen de todos los materiales del suelo incluyendo piedras, las cuales tienen una concentración de C muy distinta (generalmente no detectable). Sin embargo, es importante entender este tipo de densidad aparente no sólo para comparar, sino también porque para algunas aplicaciones, como la predicción del flujo de CO 2 o la conductividad del agua a través del volumen total del suelo, necesitamos saber la densidad de la mezcla de todos los materiales presentes en el suelo inalterado. Al final, aunque es útil considerar las diferencias entre estas tres formas de densidad aparente, lo más importante reconocer que no hay una densidad aparente correcta. La métrica utilizada depende de la pregunta de interés o el propósito del proyecto. Para inventarios de carbono que especifican un COS a una profundidad estándar, lo más adecuado es la densidad aparente volumétrica. Para hacer comparaciones de la fracción de tierra fina a lo largo de un rango de suelos que varían ampliamente en su densidad y para densidad aparente como propiedad fundamental del suelo, lo más adecuado es la densidad aparente de tierra fina. Para cuantificar las propiedades de los suelos in situ, lo más adecuado es la densidad aparente entera del suelo. Por último, haciendo referencia a los procedimientos de laboratorio y captura de datos, es importante advertir que la mejor práctica es considerar todas las muestras que procesamos como muestras cuantitativas, volumétricas de los suelos que deseamos entender. Con mediciones cuidadosas de masa y volumen de todos los materiales del suelo tierra fina, rocas, raíces gruesas y finas podemos registrar y retener la información necesaria para expresar la densidad aparente del suelo según cualquiera de los tres métodos. Ello es importante debido a que a menudo, incluso cuando empezamos un proyecto con cierta meta en mente, las muestras y los datos que se generan pueden utilizarse para hacer preguntas diferentes en un futuro. Para finalizar, note que mientras que la densidad aparente es un parámetro importante del suelo por sí sola y un parámetro necesario para calcular las reservas de COS con técnicas de muestreo basadas en el núcleo, existen métodos de muestreo que no requieren de la densidad aparente para calcular reservas de COS. Para algunos métodos de recolección de muestras, como los métodos cuantitativos de pozo o el muestreo plantilla, que 51

52 implican cosechar la masa total de los materiales del suelo en un área dada, no se necesitan las densidades aparentes para calcular la reserva de C. En esos casos, ya que la densidad de la masa del suelo (p. ej., en g cm 2 ) puede medirse directamente, lo único que se necesita es multiplicar esta cantidad por la concentración de C para determinar las reservas de C en el suelo. Materia orgánica del suelo vs. contenido de C La materia orgánica del suelo (MOS) contiene muchos elementos adicionales al C. Por ejemplo, el nitrógeno, sulfuro, hidrógeno y oxígeno constituyen principalmente la MOS, y cada uno de estos elementos es importante por muchas razones en sí. Sin embargo, en esta visita de estudio, nos centraremos en el C. Por fortuna, debido a que el C es generalmente el elemento más abundante en la MOS y las concentraciones de ambos aumentan de manera lineal, podemos estimar la concentración de C orgánico del suelo a partir de la concentración de su materia orgánica. Ya que las concentraciones de MOS son más fáciles y más económicas de medir (lo único que se requiere es un horno de alta temperatura, una balanza y el personal) que las de C orgánico (los análisis de combustión seca por lo general cuestan de $6 a $12 USD por muestra), utilizar ecuaciones de cálculo de MOS vs. C es una buena medida para ahorrar en un proyecto grande. Con este enfoque es posible realizar mediciones de pérdida en ignición en todas las muestras, realizar %C por combustión seca en una subserie (si es necesario, acidificada), elaborar una curva de predicción y calcular las concentraciones de C orgánico del resto. Para esta visita de estudio, utilizaremos las ecuaciones de predicción desarrolladas para los propósitos de investigación de suelos en el área de la UMBS. Dichas ecuaciones de predicción son empíricas y resultarían diferentes para suelos de otros lugares, según los factores de formación del suelo y las propiedades del suelo singulares para dicha área. La siguiente tabla resume las ecuaciones y las estadísticas relevantes de los horizontes del suelo con una variedad de propiedades químicas y físicas. Horizonte n R 2 Ecuación Variedad %C (bajo, alto) ±95% CI (%C) O %C = (0.340 * %LOI) (29, 49) 5.54 A %C = (0.622 * %LOI) (2.8, 21) 1.40 E %C = (0.716 * %LOI) (0.19, 0.99) 0.25 Bs %C = (0.417 * %LOI) (0.17, 1.07) 0.24 Bs %C = (0.329 * %LOI) (0.07, 0.46) 0.11 BC /EBt %C = (0.393 * %LOI) (0.01, 0.33) 0.01 El grosor de los horizontes en la tabla, la cual comprende un perfil típico de los suelos minerales de tierras altas del área de la UMBS, son O (1-3 cm), A (2-5 cm), E (10-15 cm), Bsl (10-15 cm), Bs2 (20-40 cm), BC / EBt (>40 cm). Aunque al utilizar estas ecuaciones de predicción para calcular las concentraciones de C orgánico sí se agrega cierto grado de incertidumbre a nuestro cálculo de reserva de C en el suelo, dicha incertidumbre es moderada para la mayor parte de los horizontes, al comparar el 95% de los intervalos de confianza con el 52

53 rango de concentraciones de C pronosticadas. Existe una amplia variedad de fuentes de datos que pueden utilizarse para desarrollar ecuaciones de predicción, como las bases de datos nacionales y globales, y otras relaciones básicas físico químicas del suelo pueden explotarse para derivar este tipo de relación (la cual en ocasiones se denomina función de pedotransferencia). Para un ejemplo, ver el poster incluido en este paquete, el cual utilizar relaciones entre la densidad aparente del suelo, la textura y las concentraciones de C para fines de cálculos de la reserva de C en el suelo. Resumen Esta sección del paquete debe proporcionar el contexto y el detalle necesarios para llevar a cabo los procedimientos de laboratorio desde el procesamiento de las muestras hasta el análisis de las mismas que emplearemos en las muestras de suelo que recolectemos durante la visita. Esta información se complementa con archivos electrónicos (hojas de cálculo, presentaciones), documentos técnicos, hojas de datos y demás recursos durante la visita, pero en sí brinda un punto de partida para la parte de laboratorio. 53

54 Póster B21G Relación carbono densidad aparente para suelos muy erosionados de las Américas Lucas Nave, Estación Biológica de la Universidad de Michigan y Depto. de Ecología y Biología Evolutiva Antecedentes y motivación Resultados 1. Patrones en características químicas y físicas del suelo Los suelos son cuerpos naturales dinámicos compuestos de materia mineral y orgánica. La diferencia en proporción, estructura y composición de ambas influye en la densidad aparente del suelo (Db), propiedad que se usa en diversas aplicaciones: El uso de ecuaciones de predicción imparte más incertidumbre que un error de 20% en cálculo de Db Aumentar a escala la masa, densidad y valores químicos de muestras pequeñas para expresar reservas COS a mayor escala Llenar lagunas en series de datos sintéticas más grandes Db no es sólo un término para calcular la reserva de COS, es una característica física del suelo importante 1. Db de todo el suelo: masa del suelo por volumen del suelo Modelar difusión; predecir idoneidad de la ingeniería del suelo 2. Db tierra fina: masa <2mm por volumen <2mm Calcular reservas SOC; comparar en base a masa equiv. y vol. 3. Db aparente: masa de tierra fina por volumen del núcleo Simplificación, pero suficiente para calcular COS Métodos Desarrollo de la serie de datos Descargué datos de horizontes individuales de la Base de Datos Internacional de la Red de Carbono del Suelo (ver del archivo Excel datos por capa) Figura 1. Relación entre concentraciones de carbono total (x) y carbono orgánico (y) de la muestra. Los horizontes más profundos se desvían más de la línea de referencia 1:1, indicando porcentajes más altos de C inorgánico. Figura 2. Relación entre la densidad aparente (x) y concentración de carbono (y) del horizonte A. Note la alta densidad aparente y las bajas concentraciones de carbono de los horizontes arados (Ap). Implicación: los horizontes profundos necesitan acidificación para eliminar el C inorgánico para la contabilidad precisa del COS Interpretación: el manejo de tierras es un conductor global del COS y Db Oxisols Horizonte Ecuación de predicción r2 P n A %C = (3.606*Db) 22% < A %C = (2.102*Db) (0.0331*%sand) 35% < Excluí horizontes señalados como enterrados (b) o tierra coprogénica (co) para simplificar el marco pedogenético de los suelos en el análisis B %C = (1.280*Db) 10% < B %C = (1.238*Db) + ( *%clay) 12% < Para Ultisols, usé suelos principalmente geolocalizados pero también incluí suelos de LAT/LONG desconocida, siempre que el origen pudiera verificarse para Norteamérica (n=10507 horizontes) Para cada muestra, promedié todas las mediciones disponibles o cálculos de Db (entero; tierra fina) y concentración de C (orgánico; total) a fin de maximizar datos disponibles y detectar un patrón a amplia escala Derecha: Sitios de todos los perfiles geolocalizados de Oxisol y Ultisol usados en el análisis Análisis de datos Todos los análisis en SigmaPlot 11.2 (SYSTAT Software) Usé Regresión Lineal Simple para probar las relaciones entre variables Db (independiente) y % C (dependiente) Usé Regresiones de Mejores Subconjuntos y Múltiple Linear para probar y derivar relaciones entre Db, %C y distribución de tamaño de partícula Ultisols Horizonte Ecuación de predicción A %C = (3.355*Db) Figura 4. Predicción de reserva del COS y 95%CI para horizontes Ultisol Ap a 15cm. Líneas azules muestran la varianza en reserva del COS calculado si Db se sub o sobreestimara en 20%. Figura 3. Relación entre la densidad aparente (x) y concentración de carbono (y) en horizontes argílicos (Bt) y argílico gleyzado (Btg). Interpretación: el drenaje del suelo y la química redox probablemente influyen en el almacén del COS Richter et al.: rhizosphere redox conduce la erosión mineral, acumulación y renovación del COS Resultados 2. Ecuaciones de predicción Excluí horizontes maestros O y R (población de interés fueron los horizontes de suelos minerales) Para Oxisols, sólo usé suelos geolocalizados en Norte, Centro y Sudamérica (n=455 horizontes) Resultados 3. Análisis de sensibilidad y aplicación La incertidumbre en la reserva de SOC predicha disminuye con Db Medir propiedades físicas económicas (p. ej. Db) y usar los datos en ecuaciones de predicción para calcular propiedades químicas más costosas (p. ej. %C analítico) Tres variaciones de Db: (lukenave@umich.edu) Foto de Kailey Marcinowski Medición de Db con el método de cavidad durante la Visita de Estudio 2014 para Contabilizar C del subsuelo. Implicación: Las ecuaciones de predicción brindan un primer cálculo limitado e identifican algunos conductores de las reservas de COS. También indican suelos y situaciones donde una mayor variabilidad requiere una recolección más intensa de datos para producir cálculos del COS confiables. Entre Oxisols, mayor capacidad de predicción en horizontes A que B Conclusiones Para cada horizonte, mejor capacidad de predicción cuando se mide la distribución del tamaño de partícula del suelo Las relaciones entre %C, DB y distribución de tamaño de partícula del suelo son importantes, lógicas y reflejan mecanismos cuantificables que controlan la cantidad y la distribución de las reservas del COS. La dirección de las correlaciones entre %C, %arena, %arcilla sugieren influencia de interacciones orgánicas-minerales en el almacenamiento del COS r2 P n Ap 5% < Ap %C = (2.884*Db) - (0.0320*%sand) - (0.0295*%silt) 38% < E %C = (1.608*Db) + (0.0658*%clay) B %C = (0.850*Db) 9% < Bt %C = (0.529*Db) 5% < Btg %C = (2.624*Db) 22% < % < Entre Ultisols, la capacidad de predicción es baja para horizontes A. Los horizontes Ap tienen una mayor previsibilidad (27% sólo en Db), reflejando mezcla mecánica y homogenización (cf. Figura 1) Mejor capacidad de predicción para horizontes E cuando el modelo incluye la distribución del tamaño de partícula (27% vs. 13%) Alta intersección-y y pendiente negativa pronunciada para horizontes Btg (vs. otros Bt) sugieren que las características químicas del suelo (redox) modifican los conductores físicos (Db) [cf. Figure 3] O Las ecuaciones de predicción basadas en las mediciones físicas del suelo brindan cálculos útiles pero muy dudosos. La incertidumbre en predicciones y variabilidad debido a términos no incorporados a los modelos indica una nueva recolección de datos. AE Bt1 Bt1 Bt2 Bt2 BC Cecil fine, kaolinítica térmica Typic Kanhapludult (de < ho.edu/soilorders/ulti sols_04.htm> BC Appling fine, kaolinítica térmica Typic Kanhapludult (de Fimmen et al. 2008) Dos suelos en la misma familia taxonómica se han desarrollado de manera diferente a pesar de tener clima y material progenitor semejantes. Note las diferencias en la vegetación de la superficie, horizonación y características redoxmórficas. Las diferencias en la cantidad, distribución y tiempo de renovación del COS probablemente son considerables entre ambos suelos. Agradecimientos La Red Internacional de Carbono del Suelo facilitó este trabajo, el cual tuvo contribuciones de datos de ISCN del Servicio de Conservación de Recursos Naturales del USDA, Servicio Nacional de Cooperación de Suelos. Agradezco al Servicio Forestal del USDA, Estación de Investigación del Norte por su apoyo (). Agradezco a los organizadores y participantes de las visitas de estudio para Contabilizar el Carbono del Subsuelo de Programas Internacionales del Servicio Forestal USDA por la motivación para realizar este análisis y a Chris Swanston y Dan Richter por su ayuda en la pedogénesis de Ultisols.