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ESTADO ENERGTICO DEL AGUA EN EL SUELO
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Energa del agua en el suelo
La cantidad de agua que tiene el suelo, debe expresarse en funcin
de la fuerza con que es retenida, debido a que su comportamiento va
a ser distinto dependiendo de las fuerzas de retencin a que se
encuentre sometida.
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Energa del agua en el suelo
Si la mayor parte del agua est dbilmente retenida sta se podr mover
y ser asimilable para las plantas, mientras que si toda el agua est
fuertemente retenida, carecer de movilidad y ser un agua intil para
las plantas.
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Energa del agua en el suelo
De igual forma que otros cuerpos en la naturaleza, el agua en el
suelo posee una determinada energa que puede estar en diferentes
formas y cantidades.
Las dos formas principales son la energa potencial y la
cintica.
El movimiento del agua en el suelo es relativamente lento y por
tanto la energa cintica del agua (proporcional al cuadrado de la
velocidad) es muy pequea y en general se considera despreciable.
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Energa del agua en el suelo
La energa potencial, debida a la posicin o condiciones internas
dentro del suelo, es mas importante para determinar el estado del
agua en el suelo y su movimiento.
Conocer el estado de energa potencial del agua en el suelo y en
la planta que crece en ese suelo, ayuda a estimar la cantidad de
trabajo que la planta necesita gastar para extraer una cantidad
unitaria de agua.
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Potencial del agua en el suelo
Para cuantificar la energa potencial del agua en el suelo se
utiliza el concepto de potencial del agua en el suelo.
Expresa la energa potencial especfica del agua en el suelo con
relacin a aquella que tiene el agua en un estado de referencia.
El uso del concepto de potencial es de gran relevancia ya que
sustituye a la clasificacin antigua y arbitraria del agua del suelo
(agua gravitacional, agua capilar, agua higroscpica).
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Potencial del agua en el suelo
Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo (1963):
Cantidad de trabajo que es preciso aplicar para transportar
reversible e isotrmicamente una cantidad de agua pura desde una
situacin estndar de referencia hasta el punto del suelo
considerado.
Este trabajo ser el mismo, pero de signo contrario, que el
necesario para separar la cantidad de agua pura de la matriz del
suelo hasta el estado de referencia.
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Potencial del agua en el suelo
Un potencial negativo significa que el suelo tiende a retener el
agua, cuanto ms negativo sea ms trabajo se tendr que realizar para
separar el agua.
Un potencial positivo significa que el suelo tiende a expulsar
el agua.
El agua del suelo se mueve espontneamente desde puntos de mayor
potencial a los de menor potencial.
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Componentes del potencial hdrico
El agua del suelo se encuentra sujeto a determinadas fuerzas, lo
cual causa que tenga un potencial diferente del agua pura.
Estas fuerzas resultan de la atraccin por la matriz slida al
agua, por la accin del campo gravitacional, por la accin de la
presin local y por la presencia de sales disueltas.
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Unidades del Potencial del agua en el suelo
Potencial hdrico: energa por unidad de cantidad de agua.
(Pa) = (J/Kg). w = (m). w. g
Potencial hdricoDimensionesUnidadesEnerga / VolumenML-1T-2J/m3 =
N.m/m3 = N/m2 = PaEnerga / MasaL2T-2J/KgEnerga / PesoLJ/N = N.m/N =
m
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Conversin de unidades de potencial hdrico
J.kg-1N.m-2 (Pascal)din.cm-2BarKg.cm-2Psicm H2OtorrEnerga/masa1
J.kg-11 erg.g-11 cal.g-11
cal.mol-111042,39.10-44,31.10-3103102,39.10-14,311041082,394,31.1010-21022,39.10-64,31.10-51,02.10-21,02.1022,44.10-64,40.10-51,45.10-11,45.1033,46.10-56,25.10-41,02.101,02.1052,44.10-34,40.10-27,507,50.1041,78.10-33,23.10-2Presin1
N.m-2 (1 Pa)1 dina.cm-21 bar1 kp.cm-21
psi10-310-41029,81.106,89110-11059,81.1046,89.1031011069,81.1056,89.10-410-510-619,81.10-16,89.10-21,02.10-51,02.10-61,0217,02.10-21,45.10-41,45.10-51,45.101,42.1011,02.10-21,02.10-31,02.1031037,02.107,5.10-37,5.10-47,5.1027,35.1025,17.10Carga
de presin1 cm H2O1
torr9,81.10-21,33.10-19,81.101,33.1029,81.1021,33.1039,81.10-41,33.10-310-31,36.10-31,42.10-21,93.10-211,367,35.10-11
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Potencial gravitacional
Todo cuerpo sobre la superficie terrestre es atrado en direccin
al centro de la tierra por una fuerza gravitacional igual al peso
del cuerpo.
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Potencial gravitacional
Potencial debido al campo gravitatorio terrestre. Representa el
trabajo necesario para transferir la unidad de cantidad de agua
desde una determinada cota (Z) hasta la cota del estado de
referencia (Zo), como resultado de la diferencia de nivel.
Se determina midiendo la altura geomtrica del punto considerado
respecto al plano de referencia.
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Potencial gravitacional
Puede tener signo positivo o negativo, dependiendo de su
ubicacin con respecto al nivel de referencia.
Punto por debajo del nivel de referencia:g = negativo
Punto por encima del nivel de referencia:g = positivo
Es independiente de las propiedades del suelo y solo depende de
la distancia vertical entre el punto de referencia y el punto en
cuestin.
El nivel de referencia se escoge arbitrariamente, siendo
costumbre un punto dentro del suelo. En la prctica es la superficie
del suelo.
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Potencial de presin
Este potencial corresponde a la presin ejercida sobre el punto
considerado por el agua que satura el suelo y solo se presenta en
el caso de suelos saturados, en cuyo caso el potencial matricial
tiene valor cero.
Este componente es fundamental en los problemas de drenaje
subterrneo.
En suelos saturados la fase lquida est a una presin hidrosttica
ms grande que la atmosfrica y por ello el potencial de presin es
considerado positivo.
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Potencial de presin
El potencial mtrico y el de presin son excluyentes.
Punto por debajo del nivel fretico:p = positivo
Punto por encima del nivel fretico:p = 0
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Potencial osmtico
Este potencial es debido a las sales. Cuando dos soluciones de
distinta concentracin estn separadas por una membrana semipermeable
se produce un movimiento del agua desde la solucin ms diluida a la
mas concentrada; la disolucin ms concentrada atrae al agua para
diluirse.
El conjunto de las clulas de la corteza de la raz acta como una
membrana semipermeable que separa dos soluciones: la solucin del
suelo y la del xilema.
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Potencial osmtico
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Potencial osmtico
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Potencial osmtico
El potencial osmtico slo es importante en el caso de suelos
salinos. Cuando la solucin del suelo tiene un alto contenido de
sales, las plantas deben realizar un esfuerzo suplementario para
absorber agua, superando la presin osmtica que se crea entre ambos
lados de la corteza radicular.
Debe ser adicionado al potencial mtrico para estimar cuanto
trabajo gasta la planta al extraer una cantidad unitaria de agua
del suelo.
El potencial osmtico en agua pura es igual a cero y cuando hay
sustancias disueltas su valor es negativo.
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Potencial osmtico
La magnitud de este potencial puede ser calculado por medio de
la Ley de Vant Hoff:
Donde:
o = potencial osmtico (atm)
R = constante universal de los gases (0,082 l.atm.mol.K-1)
n/v = molaridad de la solucin salina (mol/l)
T = temperatura absoluta (273 +T C)
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Potencial mtrico
Es el potencial debido a las fuerzas de atraccin del agua por la
matriz del suelo: fuerzas de adsorcin y capilaridad.
Fuerza de adsorcin (adhesin y cohesin)
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Potencial mtrico
En los micro poros del suelo queda retenida el agua por fuerzas
capilares.
La capilaridad resulta de las fuerzas de tensin del agua y del
ngulo de contacto con las partculas slidas.
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Potencial mtrico
Con objeto de evitar el empleo de signos negativos se utiliza el
trmino Tensin del agua en el suelo, que es igual al potencial
mtrico pero con signo positivo.El valor del potencial
correspondiente a la ausencia total de agua (secado a una
temperatura de 105 C) es de 107 cm. Como son valores tan pequeos se
introdujo una nueva forma de medir el potencial, que es pF y viene
a ser el logaritmo decimal de la tensin del agua del suelo.
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Medidas de
Medida de la distancia vertical al nivel de referencia (cinta
mtrica):g
Piezmetro:p
Tensimetros:m +g
Bloques porosos de resistencia elctrica:m + o
Psicrmetro de termopar:m + o
Sensores de disipacin trmica: m
Medida de la concentracin de sales de la solucin del suelo:
o
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Medidas de m
Tensimetros: = m + g
0-80 cbares
L
2
1
1 =2
2 = 2m + 2g
2g = -L
1 = 2m - L
- lectura = 2m - L
2m = longitud - lectura
Gradiente de = / L
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tiles para predecir el momento de riego.
Conocer fluctuaciones de la capa fretica.
Detectan infiltracin y capilaridad.
Medir actividad en distintos puntos del sistema radicular.
Variaciones del bulbo de suelo hmedo.
Medidas de
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La relacin entre el potencial de agua en el suelo y el contenido
de agua del suelo es conocida como curva caracterstica de retencin
del agua en el suelo.
Sirve para definir cuantitativamente el estado del agua en el
suelo.
Es diferente para cada tipo de suelo ya que depende de la
textura y estructura del suelo.
Suministra una informacin muy valiosa para adoptar estrategias
de cultivo y riego, con una economa ptima del agua.
Relacin m vs. v
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Curvas caractersticas de humedad
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Curvas pF de tres tipos de suelo
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Efecto de la textura en la retencin de agua por el suelo
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A igual tensin el suelo retiene ms agua cuando la textura es ms
fina.A medida que disminuye la tensin, los suelos arcillosos
muestran un descenso ms atenuado del contenido de humedad que los
suelos arenosos, debido a que presentan una distribucin ms regular
del tamao de poros. En un suelo arenoso, cuando la humedad baja de
un cierto valor, se produce un cambio brusco debido al paso de
poros grandes a pequeos.
Efecto de la textura en la retencin de agua por el suelo
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Efecto de la estructura en la retencin de agua por el suelo
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A tensiones bajas (suelo prximo a saturacin), los suelos con buena
estructura contienen mas agua que los suelos compactados, debido a
que presentan mayor porosidad.A valores mas altos de tensin (bajos
niveles de humedad), los suelos compactados pueden almacenar ms
agua que los suelos de buena estructura, debido a que con la
compactacin se reduce el tamao de poros grandes.
Efecto de la estructura en la retencin de agua por el suelo
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La histresis es el fenmeno por el cual para una determinada
tensin, el contenido de agua de un suelo es mayor cuando est
secndose que cuando se est humedeciendo
Fenmeno de Histresis
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o
p
g
m
T
+
+
+
=
CE
36
,
0
o
-
=
Y
RT
v
n
o
-
=
)
log(
pF
m
Y
-
=
