propiedades fisicas del suelo

LAS PROPIEDADES
FÍSICAS DEL SUELO
PARTE 3
LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
EL MEDIO FÍSICO EDÁFICO
v Composición volumétrica del suelo
v Relaciones básicas
LA TEXTURA DEL SUELO
v Definiciones
v Evaluación
v La arcilla dispersa en el suelo
DENSIDAD Y POROSIDAD DEL SUELO
v Densidad real
v Densidad aparente
v Porosidad
LA FASE LÍQUIDA DEL SUELO
v Contenido de humedad del suelo
v Retención de la humedad del suelo
v Constantes de humedad
v Determinación
v La curva de retención de humedad
v Movimiento del agua en el suelo
152
LA CONSISTENCIA DEL SUELO
v Estados de consistencia en el suelo
v Evaluación
v Interpretación
MANEJO DEL MEDIO FÍSICO DEL SUELO
v Degradación física del suelo
v Recuperación del medio físico edáfico
153
l suelo, según Hillel (1998)1, es un sistema heterogéneo, polifásico, particulado,
disperso y poroso en el cual el área interfacial por unidad de volumen puede ser muy
grande.
Las tres fases que componen el sistema suelo son:
q La fase sólida, compuesta por el conjunto de las partículas inorgánicas (cristalinas y no
cristalinas) y las orgánicas.
q La fase líquida, que la componen el agua y los solutos que están disueltos en ella, es
decir, la fase líquida es, en realidad, una solución: la solución del suelo.
q La fase gaseosa: o atmósfera del suelo, formada por todos aquellos compuestos que se
presentan en forma gaseosa y cuyos representantes más abundantes, en condiciones de
aireación adecuada del suelo son el CO2, O2 y vapor de agua.
La manera como interactúan las fases mencionadas define el campo de actividad de la Física de
suelos: al definir la composición y la organización de la fase sólida, queda definido, también, el
espacio que van a ocupar las otras dos fases.
Al entender las relaciones planteadas se puede, entonces, hacer un uso y un manejo racionales del
agua, de la aireación y del espacio para las raíces, evitándose problemas de compactación y de
erosión, es decir, de degradación física del suelo.
1 HILLEL, D. 1998. Environmental soil physics. Academic Press. San Diego. 771 p.
E
EL MEDIO FÍSICO EDÁFICO
CAPÍTULO 6
CONTENIDO
v Composición volumétrica del suelo
v Relaciones básicas
OBJETIVOS
v Conocer los componentes del suelo y su organización ideal
v Conocer algunas relaciones matemáticas que pueden establecerse entre los
componentes del suelo
v Aprender a manipular algunas relaciones matemáticas para efectuar cálculos
sencillos
157
asi todos los suelos son mezclas de partículas minerales, materia orgánica en varios
grados de descomposición, iones y elementos químicos, agua y aire, en proporciones
variables.
1. COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA DEL SUELO
Físicamente, el suelo es un medio poroso compuesto por tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La
proporción idealizada en que deben estar las tres fases del suelo, para ofrecer un medio adecuado
al crecimiento de las plantas, se esquematiza en la Figura 6.1.
FIGURA 6.1. Composición física ideal del suelo.
En la conceptualización clásica de la edafología se cuantifica la relación presentada en la Figura
6.1. Se asigna a la fase sólida un valor de 50% del volumen del suelo, repartido en 45% de
componente mineral y 5% de componente orgánico; el volumen restante se reparte en cantidades
iguales entre las fases líquida y gaseosa.
Para tener una adecuada fertilidad física en el suelo, no sólo se requiere estar cerca de la
composición ideal mencionada, sino que, además, los diferentes componentes deben estar
distribuidos equilibradamente en el espacio; de acuerdo con esta observación, el medio físico del
suelo puede idealizarse como se muestra en la Figura 6.2.
La situación que se presenta en la Figura 6.2 pierde su carácter de “ideal”, para convertirse en una
necesidad, cuando se quiere utilizar el suelo como un recurso de producción agropecuaria, ya que
este no debe permanecer ni inundado (salvo casos muy especiales), ni totalmente seco; lo anterior
implica que debe haber un rango de situaciones en las cuales se dé una relación entre fases que
proporcione un medio físicamente adecuado para suplir las necesidades de la planta.
Dicha situación de relativo equilibrio puede presentarla el suelo en condiciones naturales o puede
crearse artificialmente; en el primer caso, la evolución del suelo lo lleva a esa condición cuasi-
MINERALES
AGUA
AIRE
MATERIA ORGÁNICA
C
158
estable; en el segundo, el hombre puede acondicionarlo a sus necesidades, mediante el laboreo;
en cualesquiera de los casos, el comportamiento físico edáfico obedecerá a la presencia de ciertas
propiedades físicas y a la interacción entre ellas, como se muestra esquemáticamente en la Figura
6.3; se observa en esta representación que hay dos propiedades que prácticamente controlan la
dinámica física del suelo que son la textura y la estructura, ambas dependientes de la fase sólida.
FIGURA 6.2. El medio físico ideal del suelo.
FIGURA 6.3. Las propiedades físicas del suelo y sus principales inter-relaciones.
159
En los capítulos siguientes se hará una breve descripción de casi todas las propiedades físicas del
suelo representadas en la Figura 6.3. Se trata de abarcar en ella la definición, los métodos
estandarizados para evaluarla y algunas interpretaciones útiles para su manejo.
2. RELACIONES BÁSICAS
Si se separan las diferentes fases del suelo, entre ellas se pueden establecer algunas relaciones
básicas, tanto gravimétricas como volumétricas, las cuales se convierten en la manera más
sencilla y común de establecer los valores de algunas propiedades físicas del mismo; para
entender dichas relaciones, se recurre al apoyo de la Figura 6.4.
FIGURA 6.4. Componentes gravimétricos y volumétricos básicos del suelo.
En la Figura 6.4, las magnitudes peso de sólidos, peso del agua y peso del aire, se representan con
los símbolos Ps, Pw y Pa, respectivamente. Las magnitudes volumen de sólidos, volumen de
agua y volumen de aire, tienen los símbolos Vs, Vw y Va, respectivamente.
El volumen total del suelo (Vt), es la suma de Vs + Vw + Va; a su vez, Vw + Va constituyen el
volumen del espacio poroso total del suelo (Vp). Para cálculos prácticos, el valor de Pa es
despreciable. Con las magnitudes mencionadas se pueden establecer las siguientes relaciones:
q La densidad de la fase sólida (densidad real) del suelo se define como:
Vs
Ps
Dr = [6.1]
160
q La densidad del suelo teniendo en cuenta su organización (Densidad aparente), será:
Va Vw Vs
Ps
Vs Vp
Ps
Vt
Ps
Da
+ +
=
+
= = [6.2]
q El espacio poroso del suelo (porosidad), en volumen, es:
100 x100
Vt
Vt Vs
x
Vt
Vp
P
-
= = [6.3]
q El contenido de humedad del suelo, en términos porcentuales de peso de agua:
gravimétrico, se calcula como:
(%) x100
Ps
Pw
W = [6.4]
q El contenido de humedad del suelo, en términos porcentuales de volumen de agua:
volumétrico, es:
(%) x100
Vt
Vw
q = [6.5]
q Los contenidos de humedad gravimétrico y volumétrico se pueden relacionar mediante la
expresión:
q = W x Da [6.6]
q El grado de saturación con agua que presenta el suelo se evalúa con la relación:
(%) x100
Vp
Vw
S = [6.7]
RECORDAR
Ø El suelo es un sistema trifásico compuesto por sólidos (minerales y orgánicos), agua y
aire.
Ø Debe haber un equilibrio entre las fases del suelo; lo ideal es que se presente 50% del
volumen ocupado por los sólidos y 50% de espacio poroso para el agua y el aire.
Ø La textura y la estructura son las propiedades que mayor control ejercen sobre el medio
físico del suelo.
161
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Cuáles son las fases del suelo?.
2. ¿Cuáles son las proporciones ideales en que deben estar las fases del suelo?.
3. ¿El hombre puede modificar la relación en que se encuentren las fases del suelo?. ¿Cómo?.
4. Enumerar 4 propiedades del suelo que sean controladas por la textura y por la estructura del mismo.
5. ¿Qué se entiende por determinación gravimétrica?. ¿Y volumétrica?.
EVALUACIÓN
1. Una muestra de 1 ft3 de suelo presentó la siguiente composición gravimétrica:
q Material mineral: 70 lb
q Material orgánico: 5 lb
q Agua: 13 lb
q Aire: 10 g
Representar gráficamente la anterior composición en forma volumétrica y compararla con la de un
suelo ideal. (R: Minerales: 42.43%, Materia Orgánica: 5.86%, Agua: 20.88%, Aire: 30.83%).
2. Calcular la saturación con agua que presenta el suelo del punto anterior (R: 40.86%).
3. Representar gráficamente la distribución de las tres fases del suelo utilizado para el ejemplo
de la Página 218 en el Capítulo 9; asumir la densidad de partículas promedia donde sea
necesaria. (R: Primer horizonte: Sólidos: 37.74%, Agua: 39.6%, Aire: 22.66%; Segundo
horizonte: Sólidos: 45.28%, Agua: 26.8%, Aire: 27.92%; Tercer horizonte: Sólidos:
49.06%, Agua: 12.1%, Aire: 38.84%).
157
LAS PROPIEDADES .............................................................................................¡Error! Marcador no definido.
LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO ....................................................................................................................151
LA TEXTURA DEL SUELO.......................................................................................................................................151
DENSIDAD Y POROSIDAD DEL SUELO.............................................................................................................151
LA FASE LÍQUIDA DEL SUELO ............................................................................................................................151
LA CONSISTENCIA DEL SUELO ...........................................................................................................................152
MANEJO DEL MEDIO FÍSICO DEL SUELO ......................................................................................................152
EL MEDIO FÍSICO EDÁFICO................................................................................................................155
CAPÍTULO 6...............................................................................................................................................................155
CONTENIDO .....................................................................................................................................................155
OBJETIVOS........................................................................................................................................................155
1. COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA DEL SUELO ..............................................................................................157
2. RELACIONES BÁSICAS ...........................................................................................................................................159
AUTOEVALUACIÓN......................................................................................................................................................161
EVALUACIÓN...................................................................................................................................................................161
LA TEXTURA DEL SUELO
CAPÍTULO 7
CONTENIDO
v Definiciones
v Evaluación de la textura del suelo
§ Determinación de la textura del suelo por sedimentación
·  Bases teóricas
·  Determinación por el método de Bouyoucos
§ Evaluación de la textura del suelo en el campo
·  Propiedades del separado arena
·  Propiedades del separado limo
·  Propiedades del separado arcilla
·  Procedimiento
·  Limitaciones del método del tacto para determinar la textura del suelo
v La arcilla dispersa en el suelo
OBJETIVOS
v Conocer la textura como propiedad física fundamental del suelo
v Conocer los métodos más comunes existentes para determinar la textura del suelo, así
como sus limitaciones
v Conocer las propiedades y la importancia de las diferentes partículas del suelo
165
a textura es una propiedad exclusiva de la fase sólida del suelo y, más específicamente, de la
fracción inorgánica de aquella. Es, además, una propiedad fuertemente dependiente del
material parental del suelo.
1. DEFINICIONES
La textura es aquella propiedad que establece las cantidades relativas en que se encuentran las
partículas de diámetro menor a 2 mm, es decir, la tierra fina, en el suelo; estas partículas, llamadas
separados, se agrupan en tres clases, por tamaños: Arena (A), Limo (L) y Arcilla (Ar) y son
definidas como se muestra en la Tabla 7.1, según varias instituciones internacionales.
TABLA 7.1. Definición de los separados del suelo. (Generalizado parcialmente de Montenegro y Malagón, 1990).
RANGO DE DIÁMETRO DE PARTÍCULA ( mm )
SEPARADO
USDA ISSS* DIN y BSI**
ARENA 2 - 0.05 2 - 0.02 2 - 0.08
LIMO 0.05 - 0.002 0.02 - 0.002 0.08 - 0.002
ARCILLA < 0.002 < 0.002 < 0.002
* Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo.
** DIN: Instituto Alemán de Estándares; BSI: Instituto Británico de Estándares.
En la tabla anterior, se observa la coincidencia que hay entre los diferentes sistemas, al establecer el
límite de tamaño para las arcillas. Ésto obedece a las notorias diferencias de comportamiento físicoquímico
de estas partículas, con respecto a las de la arena y el limo, pues éstas son prácticamente
inertes, desde el punto de vista químico, en tanto que las arcillas se comportan como coloides cargados
eléctricamente; también, se observa que no hay un límite estandarizado entre la arena y el limo, lo cual
demuestra que su definición es, hasta cierto punto, arbitraria y que tiene un objetivo eminentemente
práctico. El sistema de clasificación más aceptado en nuestro medio es el que propone el USDA, el cual
subdivide los separados en los rangos que se exponen en la Tabla 7.2.
TABLA 7.2. Clasificación de los separados del suelo, según el sistema USDA. (Tomada parcialmente de Mejía, 1983).
RANGO DE DIÁMETRO DE PARTÍCULA
SEPARADO
mm mmm
Arena muy gruesa 2 - 1 2000 - 1000
Arena gruesa 1 - 0.5 1000 - 500
Arena media 0.5 - 0.25 500 - 250
Arena fina 0.25 - 0.1 250 - 100
Arena muy fina 0.1 - 0.05 100 - 50
Limo grueso 0.05 - 0.02 50 - 20
Limo medio 0.02 - 0.005 20 - 5
Limo fino 0.005 - 0.002 5 - 2
Arcilla gruesa 0.002 - 0.0002 2 - 0.2
Arcilla fina < 0.0002 < 0.2
L
166
El tamaño de las partículas que predominan determina la textura del suelo; se dice que un suelo es de
textura gruesa cuando las partículas predominantes son de tamaño grande; en cambio, los suelos de
textura fina son aquellos cuyas partículas predominantes son las de menor tamaño; además, las
distintas partículas difieren bastante en cuanto a sus propiedades físico-químicas, por lo cual, la
naturaleza de los suelos minerales está determinada, en gran parte, por el grupo de separados que
predominan en él.
La textura del suelo tiene especial significado en: aireación, movimiento del agua, retención de humedad,
retención y liberación de iones, disponibilidad de nutrientes y con ellos en su productividad,
erodabilidad, uso y manejo.
2. EVALUACIÓN DE LA TEXTURA DEL SUELO
Existen dos métodos generales para la determinación de la textura del suelo: a) por sedimentación y b)
al tacto.
2.1. DETERMINACIÓN DE LA TEXTURA DEL SUELO POR SEDIMENTACIÓN
2.1.1. Bases teóricas
Este método consiste en dejar sedimentar una muestra de suelo en un medio líquido durante un
determinado tiempo, al cabo del cual se cuantifica la cantidad de partículas de un determinado tamaño
que hay en suspensión; la medida de las partículas en suspensión se hace directamente en el líquido, por
medio de un hidrómetro (que es un densímetro), o muestreando aquella con una pipeta y cuantificando,
posteriormente, la cantidad de material extraído.
La textura del suelo, para los fines prácticos normales, se determina por el método del hidrómetro o de
Bouyoucos, el cual consiste en determinar los porcentajes en que se encuentran los diferentes
separados del suelo, de acuerdo con el peso de una muestra seca del mismo; este método se
fundamenta en la Ley de Stokes, la cual establece que la velocidad de caída de las partículas
pequeñas, en un medio líquido, es directamente proporcional a su tamaño, según la siguiente relación:
h
d
9
2(Dr - w) g r
V =
2
[7.1]
Donde: V: Velocidad de caída: cm s-1.
Dr: Densidad de partículas: g cm-3.
dw: Densidad del líquido (agua en este caso): g cm-3.
g: Aceleración de la gravedad: cm s-2.
r: Radio de la partícula: cm.
h: Viscosidad del líquido: g cm-1 s-1.
167
Para que la relación anterior tenga validez, deben cumplirse algunas condiciones como:
q Total dispersión de las partículas del suelo durante todo el tiempo que dure el proceso de
sedimentación, es decir, que no se presente floculación durante la determinación.
q Que todo el proceso de sedimentación se lleve a cabo a temperatura constante.
q Que la concentración de la suspensión sea lo suficientemente diluida, de modo que no afecte
significativamente la viscosidad.
q Que el recipiente en el cual se efectúa la sedimentación, tenga un diámetro lo suficientemente
grande, como para evitar la atracción de sus bordes sobre las partículas.
Las condiciones anteriores llevaron, entonces, a calibrar un hidrómetro que permitiera estandarizar el
método y establecer correcciones en aquellos casos en que se presentaran desviaciones en las
condiciones experimentales ideales; estas condiciones de calibración se basan en varios supuestos:
q Las partículas del suelo son esféricas y presentan igual densidad.
q Se asume una densidad de partículas igual a 2.65 g cm-3.
q Las partículas se sedimentan en caída libre.
q No se presenta turbulencia en la suspensión.
q Todas las partículas que están sedimentando, tienen tamaños mayores al tamaño de las
moléculas de agua.
El hidrómetro estandarizado para este análisis es el ASTM-152H (Forsythe, 1975) y las condiciones
analíticas para las cuales fue calibrado son:
q Temperatura de 19.4oC.
q Densidad de partículas de 2.65 g cm-3.
q El medio de suspensión es agua pura, por lo cual dw = 1 g cm-3 y que h = 0.01 g cm-1 s-1.
Cuando se utilizan otros hidrómetros y/u otras condiciones de trabajo, diferentes a las expuestas, se
deben hacer las respectivas correcciones; para ampliar los criterios expuestos, anteriormente, pueden
consultarse algunos textos como Baver et al (1973), Forsythe (1975), Bowles (1982), Arango (1985),
Montenegro y Malagón (1990), entre otros.
2.1.2. Determinación por el método del hidrómetro o de Bouyoucos
2.1.2.1. Procedimiento
Para establecer la textura del suelo por este método, en análisis de rutina y con suelos que tengan bajo
contenido de materia orgánica (< 5%), se llevan a cabo las siguientes acciones (ver implementos en la
Figura 7.1):
Ø Se pesan 50 g de suelo, cernido por tamiz de 2 mm y seco al aire, siempre que no se note arenoso,
caso en el cual se pesan 100 g de suelo.
Ø Se coloca el suelo en el vaso de una batidora (especialmente diseñada para no moler el suelo), se le
agregan 10 a 20 mL de dispersante y se bate durante 10 minutos.
168
Ø Se transfiere la suspensión anterior a un cilindro graduado de 1000 mL, se lava el vaso con agua
destilada y se completa el volumen del cilindro.
Ø Se agita la suspensión unas 10 veces, vigorosamente, con un émbolo de caucho y se deja reposar,
tomando registro del tiempo a partir del momento en que se retire el émbolo.
Ø A los 40 s de reposo se hace la primera lectura con el hidrómetro apuntando, además, la
temperatura de la suspensión; con esta lectura se calcula el contenido de arena (A%) con la Fórmula
[7.2].
Ø Al terminar la lectura de los 40 s, se retira el hidrómetro y se deja en reposo la suspensión hasta
completar 2 horas. Al cabo de éstas, se introduce nuevamente el hidrómetro y se hace otra lectura;
se toma también la temperatura; con esta lectura se calcula el contenido de arcilla (Ar%), utilizando la
Fórmula [7.3].
Ø A continuación, se calcula el contenido de limo (L%) con la Fórmula [7.4].
Ø Los porcentajes obtenidos se llevan al triángulo textural (ver Figuras 7.4 y 7.5) y se define la clase
textural correspondiente a la muestra tratada.
Ø En las Figuras 7.2 y 7.3 se presentan dos modelos de formulario para consignar los resultados que
se van obteniendo en este análisis textural.
169
FIGURA 7.1. Implementos utilizados para la determinación de la textura del suelo por el método del hidrómetro.
Las fórmulas a utilizar para establecer los contenidos de los separados del suelo, son:
( ) ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= - 100
40
% 100 x
Peso muestra
Lectura corregida s
A [7.2]
( ) 100
2
% x
Peso muestra
Lectura corregida h
Ar = [7.3]
L (%)=100 - [A(%)+ Ar (%)] [7.4]
Lectura a los 40 s Lectura a las 2 h
Código de la
muestra Hidrómetro
Temperatura
(oC)
Hidrómetro
corregida
Hidrómetro
Temperatura
(oC)
Hidrómetro
corregida
170
FIGURA 7.2. Formulario para consignar los resultados de la determinación de la textura del suelo por el método del
hidrómetro.
Código de la Contenido de los separados (%)
muestra Arena Limo Arcilla
Clase
Textural
FIGURA 7.3. Formulario para registrar la información requerida para establecer la clase textural de un suelo.
Para llevar a cabo la dispersión de la muestra se utilizan sales de sodio; en casos especiales de suelos
con altos contenidos de materia orgánica, de óxidos de hierro, de carbonatos de calcio o de
compuestos hidrofóbicos, hay que someter la muestra a pretratamientos para eliminar dichos
componentes; para esto, se utilizan diferentes compuestos químicos y/o procedimientos mecánicos, cuya
descripción escapa a los objetivos de estas notas, pero que pueden consultarse en Forsythe (1975),
Suárez y Gómez (1976), Montes y Delgado (1977), Escorcia y Gaviria (1981), Giovannini et al (1983),
entre otros.
Las lecturas del hidrómetro corresponden a la cantidad de material sólido que se encuentra en
suspensión, a la altura del centro de volumen del hidrómetro, en g L-1, es decir, mide una densidad;
como la temperatura afecta la densidad, el hidrómetro ha sido calibrado previamente para trabajar a
temperatura de 19.4 oC (67 oF). Cuando esta condición de temperatura no se cumple, hay que corregir
la lectura, agregándole o restándole 0.2 unidades a ella, por cada grado centígrado de temperatura, por
encima o por debajo de la temperatura de calibración que se registre, respectivamente.
2.1.2.2. Manejo de los resultados
Para facilitar el manejo de la información obtenida en el análisis textural descrito anteriormente, las
diferentes cantidades en que se presentan los separados del suelo han sido agrupadas en doce (12)
clases texturales. Se trata de incluir en cada clase aquellos suelos que, aunque presentan diferentes
cantidades de arena, limo y arcilla, las presentan en proporciones tales que su comportamiento físico,
químico y mecánico no difiere apreciablemente entre ellos.
Los rangos de variación de las clases texturales se presentan en la Tabla 7.3 y están representados en el
triángulo textural (Figura 7.4). La nomenclatura utilizada para nombrar las clases texturales ha sido
establecida por el USDA (Soil Survey Division Staff, SSDS, 1993). Para determinar la clase que le
corresponde a un suelo dado, se ubican los porcentajes de arena, limo y arcilla en el respectivo eje del
triángulo, se proyecta en él dicho valor, siguiendo la dirección indicada por la flecha, hasta que las tres
líneas se intercepten determinando un punto; la clase en la cual queda comprendida dicha intersección es
171
la clase textural del suelo analizado; así por ejemplo, a un suelo que presente 40% de arena, 30% de
limo y 30% de arci1la, le corresponde la clase textural Franco arcillosa.
El término utilizado para definir una clase textural implica el separado dominante en la textura; así, en un
suelo Arcillo limoso, el separado dominante es la arcilla, ya que es el separado que encabeza el nombre
de la clase textural; el suelo Franco es aquel cuyos separados están en una proporción tal que ninguno
de ellos domina las propiedades del suelo; desde el punto de vista de la planta, esta clase textural es la
que presenta un mejor equilibrio entre sus separados.
TABLA 7.3. Rango de variación de los contenidos de arena, limo y arcilla en las diferentes clases texturales de suelos.
RANGO (%) EN EL CONTENIDO DE
CLASE TEXTURAL
ARENA LIMO ARCILLA
Arenosa 100 – 85 15 – 0 10 – 0
Arenosa franca 90 – 70 30 – 0 15 – 0
Franco arenosa 85 – 43 50 – 0 20 – 0
Franca 52 – 23 50 – 32 27 – 7
Franco limosa 50 – 0 87 – 50 27 – 0
Limosa 20 – 0 100 – 80 12 – 0
Franco arcillo arenosa 80 – 45 28 – 0 35 – 20
Franco arcillosa 45 – 20 53 – 15 40 – 27
Franco arcillo limosa 20 – 0 73 – 40 40 – 27
Arcillo arenosa 67 – 45 20 – 0 55 – 35
Arcillo limosa 20 – 0 60 – 40 60 – 40
Arcillosa 45 – 0 40 – 0 100 – 40
El triángulo textural de la Figura 7.4 ha sido generalizado de varias formas, tratando de agrupar clases
texturales en familias texturales (Figura 7.5a) y éstas, a su vez, en grupos texturales, con base en la
fracción predominante en la textura (Figura 7.5b).
172
FIGURA 7.4. Triángulo de las clases texturales del suelo (Tomado de SSDS, 1993).
FIGURA 7.5. Generalizaciones de las clases texturales del suelo, según el USDA. A: Familias texturales. B: Grupos
texturales.(Tomados de Mejía, 1983)
2.1.2.3. Limitaciones del método de Bouyoucos para determinar la textura del suelo
173
Aunque la determinación de la textura del suelo por el método de Bouyoucos es recomendada para los
análisis de rutina, tiene algunas limitaciones en su aplicación, para ciertos casos especiales, como son :
q No permite establecer la curva granulométrica de los suelos.
q La dispersión de ciertos suelos, como los Andisoles y algunos Oxisoles, no se obtiene con el
método estandarizado, por lo cual, los resultados del análisis no son válidos; sucede lo mismo
con suelos que presentan altos contenidos de materia orgánica; para obtener la dispersión en
estos suelos se requiere de un pretratamiento especial de la muestra, el cual no se efectúa en los
análisis de rutina.
2.2. EVALUACIÓN DE LA TEXTURA DEL SUELO EN EL CAMPO
Esta determinación es bastante importante en trabajos de reconocimiento de suelos, donde hay que
realizar gran número de observaciones y de descripciones de perfiles de suelos, en períodos de tiempo
cortos, que no dan espera para llevar a cabo determinaciones en el laboratorio. Además, los altos
costos implicados no hacen viable esa posibilidad.
También, es importante este método para caracterizar la textura de suelos difíciles de dispersar, como
son los Andisoles o los Oxisoles; a este respecto, Mejía (1983) considera que para muchos suelos de
estos órdenes la textura determinada al tacto es más confiable, que la determinada en laboratorio por los
métodos convencionales.
Este método consiste en establecer la clase textural del suelo, basada en la observación de la respuesta
de éste al ser sometido a manipulación en diferentes estados de humedad, la cual está directamente
relacionada con la proporción en que están presentes los diferentes separados que lo componen. Las
principales propiedades de los separados del suelo, que resultan útiles para evaluar su textura al tacto,
son las siguientes:
2.2.1. Propiedades del separado arena (A)
q Si está presente en grandes cantidades o lo está en granos muy gruesos, las partículas
individuales se pueden ver y separar fácilmente.
q Cuando el suelo es “frotado” entre el pulgar y el índice, se siente áspero y grueso y cuando esta
operación se repite cerca del oído, el ruido producido por la fricción de los granos de arena
entre sí, se hace fácilmente audible.
q Si un poco de suelo se mezcla con agua en la palma de la mano y se frota con el dedo índice de
la mano opuesta, se sentirá áspero y grueso, esta prueba permite diferenciar pequeñas
cantidades de arena en la muestra.
q Se satura con poca cantidad de agua y se seca rápidamente al aire; cuando se seca se disgrega.
q Se deja moldear sólo en un rango muy estrecho de humedad.
q No presenta pegajosidad.
q Para que la arena domine las propiedades del suelo, debe presentarse en altas cantidades.
2.2.2. Propiedades del separado limo (L)
174
q La cualidad más característica es su apariencia suave, sedosa en estado húmedo y su apariencia
polvosa en estado seco.
q Al estrujar un poco de limo húmedo entre el pulgar y el índice se nota como se enrolla al
secarse, dejando la superficie de la piel limpia.
q El limo es muy fino para impartir una cualidad áspera al suelo, excepto el limo grueso, el cual es
difícil de distinguir de la arena muy fina.
q No es pegajoso y es muy poco plástico.
q No retiene la humedad por largos períodos de tiempo.
2.2.3. Propiedades del separado arcilla (Ar)
q Cuando se le agrega agua ligeramente en exceso, se siente jabonosa y resbaladiza.
q Si se “amasa” y se trabaja en el estado plástico (ver Capítulo 10), forma cintas y rollos finos,
firmes y dúctiles.
q Estrujando un poco de arcilla humedecida entre el pulgar y el índice, se nota que aparece suave
y lisa; a medida que se seca se adhiere a la piel.
q Es más adhesiva, cohesiva, pegajosa y plástica que el limo.
q La cualidad cohesiva de la arcilla puede descubrirse, aún cuando ésta se encuentre en pequeñas
cantidades.
q Retiene mucha humedad y se demora para secarse.
q Cantidades relativamente pequeñas de arcilla son suficientes para impartir cualidades plásticas al
suelo.
Algunas de las propiedades que se observan para establecer la clase textural de un suelo al tacto son: la
sensación que se produce al frotar la muestra entre los dedos, la facilidad de formar cintas y bolas con la
muestra y la firmeza de ellas, así como la adhesividad o pegajosidad de la muestra al ser sometida a
compresión entre los dedos y posteriormente al ser liberada esta compresión; la definición de estas
propiedades para las diferentes clases texturales se resume en la Tabla 7.4.
TABLA 7.4. Algunas características de las clases texturales del suelo, al tacto.
TEXTURA TACTO CINTA BOLAS ADHESIVIDAD*
A Áspero No No No
AF Áspero Muy mala Mala Muy poca
FA Áspero Mala Mala Poca
F Muy suave Mala Resistente Poca
FL Suave Rizada Buena Media
L Harinoso Rizada Regular Poca
FArA Poco áspero Regular Buena Alta
FAr Suave Regular Buena Alta
FArL Suave Rizada Buena Alta
ArA Poco áspero Buena Buena Alta
ArL Suave Buena Buena Alta
Ar Jabonoso Buena Firmes Muy alta
* Se determina con el suelo casi saturado de agua, las demás propiedades se determinan con el suelo húmedo.
175
2.2.4. Procedimiento
Para llevar a cabo la determinación de la textura del suelo al tacto, se procede de la siguiente manera:
Ø Se toma una muestra de suelo seco sobre la mano y se observa el tamaño de los granos (grueso,
medio, fino); se frota una pequeña cantidad entre el pulgar y el índice y se observa como se siente al
tacto (suave, áspera, sedosa, etc.); se frota luego cerca al oído y se establece si se produce ruido.
Ø Se humedece la muestra anterior lentamente, sin llegar a tener exceso de agua, se amasa y se trata
de formar una bola, observando su comportamiento y estabilidad; se amasa nuevamente la muestra y
se frota entre la palma de la mano y una superficie sólida para formar un rollo, se observa su espesor
y estabilidad; se estruja la muestra entre el pulgar y el índice y se define su plasticidad (facilidad para
deformarse y conservar esa deformación): plástico, no plástico.
Ø Se agrega un poco más de agua a la muestra, se estruja entre el pulgar y el índice y se observa la
pegajosidad de ella en los dedos (alta, regular, baja, nula).
Ø En la palma de la mano, se coloca una cantidad de muestra definida, se lava repetidamente,
eliminando el agua turbia hasta que el agua salga limpia; se establece un porcentaje aproximado de
los separados que posee la muestra.
Ø En la Figura 7.6 se presenta un modelo de formulario. En éste se va registrando la calificación
correspondiente a las diferentes propiedades evaluadas en las muestras, utilizando para ello términos
relativos como buena, regular, mala, alta, media, baja, etc.
Muestra Seca Muestra Húmeda Cantidad estimada (%) de
Código
de la
muestra
Tamaño
de los
granos
Sensación
al
tacto
Ruido Cinta Rollo
Pegajosidad
A L Ar
Clase
textural
FIGURA 7.6. Modelo de formulario para registrar algunas propiedades de muestras analizadas al tacto para textura.
2.2.5. Limitaciones del método del tacto para determinar la textura del suelo
Este método para evaluar la textura del suelo, aunque es más rápido y más económico que el método de
laboratorio, tiene varios limitantes importantes para su aplicación como:
176
q Es difícil establecer las clases texturales de suelos que se encuentran cercanos a los límites entre
clases.
q Es difícil establecer la clase textural de suelos cuyos separados se encuentran cerca a sus límites
de tamaño; por ejemplo, es difícil establecer la diferencia entre el limo grueso y la arena fina.
q En suelos con alto contenido de materia orgánica, ésta puede producir sensaciones al tacto
parecidas a las que producen los separados más finos del suelo.
q El método requiere de buena experiencia por parte de quien hace la determinación para que ella
sea confiable y exige un intenso entrenamiento.
q En suelos de estructuras bien desarrolladas, debe tenerse especial cuidado para lograr la
destrucción total de los agregados.
q En suelos donde se presenten concreciones, éstas pueden distorsionar la determinación de los
separados más gruesos del suelo.
3. LA ARCILLA DISPERSA EN EL SUELO
La cantidad relativa de arcilla que se encuentre dispersa, es decir, sin unirse a otras partículas del suelo,
da una idea del grado de agregación y de la estabilidad de los agregados que tiene el suelo (Castillo et
al, 2000); si se mide este contenido en suelos que están siendo sometidos a laboreo intenso, en
diferentes épocas, el incremento de su valor puede ser un indicador de degradación física de aquellos y
de aumento de su susceptibilidad a la erosión.
Al comparar la cantidad de arcilla que se encuentra dispersa en el suelo, con la cantidad de arcilla que
se mide por el método del hidrómetro, se puede establecer un coeficiente llamado coeficiente de
dispersión (CD). El procedimiento para hacer esta determinación es el siguiente, tomado de González
(1990):
Ø Se toman 50 g de suelo seco al aire y tamizado por malla de 2 mm de diámetro de perforación.
Ø Se lleva la muestra a un cilindro de 1000 mL y se completa ese volumen con agua.
Ø Se agita el cilindro, con la muestra, 20 veces y se deja reposar durante 2 horas.
Ø Al cabo de las 2 horas, se succionan 25 mL de la suspensión con una pipeta, a una profundidad de
10 cm dentro de la suspensión en el cilindro.
Ø Se coloca el material succionado en una tara adecuada y se lleva a secar en horno, a 105 ºC,
durante 24 a 36 horas. Al cabo de este tiempo, se pesa el material seco y se calcula el coeficiente de
dispersión con la Fórmula [7.5].
La fórmula para calcular el CD es:
x100
b
a
CD= [7.5]
Donde: a: Porcentaje de arcilla en la muestra sin dispersante.
177
b: Porcentaje de arcilla obtenido por el método del hidrómetro.
Para determinar el valor de a, se tiene la siguiente relación:
x100
PMI
PMF
a = [7.6]
Donde: PMF: Peso del material pipeteado a las 2h, seco al horno.
PMI: Peso del material que hay en 25 mL de la suspensión, al iniciar la
sedimentación; se supone que todo el material está distribuido homogéneamente
en todo el líquido, en ese momento.
Hay que tener en cuenta, como en todos los casos en que los resultados se deben referenciar a peso de
suelo seco, que se debe hacer una corrección por humedad a la muestra tomada para el análisis,
siguiendo el procedimiento que se muestra en el ejemplo que se presenta a continuación.
Ejemplo: Se tomaron 50 g de un suelo que tenía 8% de humedad gravimétrica; el contenido de arcilla de
este suelo, por hidrómetro, fue de 30%. Para la determinación del CD, el PMF fue de 0.012 g. ¿Cuál
es el CD de ese suelo?.
q Corrección por humedad:
g
g
W
Psh
Pss 46.296
1
100
8%
50
1
100
(%)
=
+
=
+
=
q Cálculo de a:
100
0.012
100 x
PMI
g
x
PMI
PMF
a = =
Cálculo de PMI:
g
mL
g x mL
PMI 1.157
1000
46.296 25 = =
\ 100 1.037%
1.157
0.012 = x =
g
g
a
q Cálculo de CD:
x x . %
b
a
CD 100 3 46
30%
1.037%
= 100 = =
178
El valor encontrado para CD se considera bajo y puede esperarse que el suelo analizado no presenta
problemas de estructuración ni alta susceptibilidad a la erosión. El nivel crítico para el CD corresponde
a un valor de 25%, según González (1990).
RECORDAR
Ø La textura del suelo estudia la proporción en que se encuentran las partículas inorgánicas
del mismo, que tienen tamaños menores a 2 mm.
Ø Las partículas mencionadas se denominan separados y se agrupan, por tamaño, en 3
categorías: Arena (2 a 0.05 mm), Limo (0.05 a 0.002 mm) y Arcilla (< 0.002 mm).
Ø La textura se determina en el laboratorio por métodos de sedimentación y el más utilizado
es el del hidrómetro.
Ø En el campo es posible estimar la textura del suelo, examinando las características de
aspereza, plasticidad y pegajosidad que le transmiten a este los separados que contiene.
Ø La manera más común de presentar los resultados de los análisis de textura del suelo es
mediante el establecimiento de su clase textural.
Ø Hay suelos cuyos componentes no permiten determinar la textura en el laboratorio porque
no dispersan con los métodos normales: Aluminosilicatos amorfos (Andisoles) y
sesquióxidos de Fe y Al (Oxisoles).
Ø La clase textural agrupa suelos que tienen unas proporciones de arena (A), limo (L) y
arcilla (Ar) que le dan un comportamiento físico similar.
Ø Hay 12 clases texturales; el nombre de la clase implica el separado que mayor control
ejerce sobre el comportamiento físico del suelo.
Ø La clase textural franca (F) implica que ninguno de los separados domina las propiedades
del suelo; que hay un equilibrio entre ellos; no es la que tiene los separados en iguales
proporciones.
Ø Cuando en el suelo hay más de 35 % de Ar, este separado domina sus propiedades; en
cambio, para que la A haga lo mismo, debe estar en cantidades mayores a 70 %.
Ø La textura del suelo se relaciona con propiedades tan importantes como: aireación,
drenaje, retención de humedad, fertilidad, susceptibilidad a la erosión, permeabilidad.
Ø Del análisis de la textura del suelo se puede derivar el coeficiente de dispersión (CD) del
suelo, el cual puede ser indicador de deterioro físico del mismo.
Ø El CD establece la cantidad de arcilla del suelo que se encuentra dispersa y su valor crítico
se presenta en 25 %.
BIBLIOGRAFÍA
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CASTILLO, J.; E. AMÉZQUITA y K. MÜLLER-SÄMANN. 2000. La turbidimetría una metodología promisoria para
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Agricultura (IICA). Costa Rica. 212 p.
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Agriculture (USDA). Washington D. C. 437 p.
SUÁREZ, V. S. y A. GÓMEZ. 1976. Eficiencia de dispersantes químicos en el análisis de textura de suelos derivados
de cenizas volcánicas. Cenicafé 27 (1): 34-44.
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Qué se entiende por textura del suelo?. Por separado?. ¿Cuáles son los separados básicos del suelo?.
¿Cuál es el tamaño de las partículas de arcilla del suelo?.
2. ¿Cuáles propiedades del suelo están relacionadas directamente con la textura del mismo?.
3. Enuncie la ley de Stokes. ¿Cómo se relaciona esta ley con la textura del suelo?.
4. ¿Cómo interfiere la materia orgánica en la determinación de la textura del suelo?.
5. ¿Qué influencia tienen, sobre la determinación de la textura del suelo, los materiales derivados de
ceniza volcánica?. Los carbonatos de calcio?. Los óxidos de Fe y Al?.
6. Si se aumenta desproporcionadamente la cantidad de dispersante, ¿qué pasará con las lecturas del
hidrómetro?.
7. ¿Qué efecto tiene la temperatura de la suspensión sobre las lecturas hechas con el hidrómetro?.
8. ¿Qué sucede en la determinación de la textura, por el método del hidrómetro, si no se agrega
suficiente dispersante?. (Analice a la luz de la Fórmula [7.1]).
9. ¿Qué relación hay entre la floculación y la determinación de la textura del suelo por el método del
hidrómetro?.
10. Defina una textura franca.
11. ¿En cuáles suelos no es confiable la determinación de la textura con el hidrómetro y por qué?.
12. Diga 3 características que le permitan identificar la arcilla manualmente.
180
13. ¿Cómo será una lectura con el hidrómetro en un suelo floculado con respecto al mismo suelo sin
flocular?. ¿Por qué?.
14. ¿La determinación de la textura con el hidrómetro es gravimétrica o volumétrica?.
15. De 2 razones que justifiquen aprender a determinar la textura del suelo al tacto.
16. Diga 5 limitaciones que tenga el método del tacto para determinar la textura del suelo.
17. ¿Qué es arcilla dispersa del suelo?. ¿Qué refleja?. ¿Qué es coeficiente de dispersión del suelo?.
EVALUACIÓN
1. En un análisis de textura por el método del hidrómetro se obtuvieron los siguientes resultados:
a. Lectura con el hidrómetro a los 40 s: 42.
b. Temperatura a los 40 s: 21.5 oC.
c. Lectura con el hidrómetro a las 2 horas: 14.
d. Temperatura a las 2 horas: 24 oC.
Determinar:
i. La clase textural de ese suelo. (R: FArL).
ii. El peso de la arcilla contenida en ese suelo, por hectárea, hasta 20 cm de profundidad, si el
suelo tiene una densidad aparente de 1.4 Mg m-3?. (R: 835.52 Mg).
2. Mediante la ley de Stokes, calcular el tiempo requerido para tomar una muestra de partículas de 0.001
mm de diámetro equivalente, a una profundidad de 10 cm en un cilindro de 1000 mL, ubicado en una
localidad que presenta una temperatura media anual de 18oC. (R: 1 día, 8 h, 37 minutos y 49.44 s).
3. Para el suelo del problema 1, calcular el coeficiente de dispersión sabiendo que:
a. La muestra inicial tenía 4.5 % de humedad gravimétrica.
b. El material pipeteado a las 2 horas, seco al horno, pesó 0.013 g. (R: 3.64 %).
4. Determinar la clase textural para cada uno de los horizontes del suelo del problema 1, en la evaluación
del Capítulo 11. (R: Ar, F, FA y F, desde la superficie hacia el interior).
DENSIDAD Y POROSIDAD DEL SUELO
CAPÍTULO 8
CONTENIDO
v Densidad real
§ Determinación
§ Interpretación
v Densidad aparente
§ Determinación
·  Método del cilindro biselado
·  Método de la cajuela
§ Interpretación
§ Importancia
v Porosidad
§ Tipos de porosidad en el suelo
§ Determinación
§ Interpretación
OBJETIVOS
v Conocer las densidades que se pueden cuantificar en el suelo y los métodos para
hacerlo
v Entender la diferencia entre la densidad aparente y la real y aprender a utilizarlas
adecuadamente
v Conocer la porosidad del suelo y la manera de calcularla
183
a densidad de un material se define como el peso que tiene dicho material, por unidad de
volumen. En el suelo, por ser éste un cuerpo poroso, se presentan dos situaciones diferentes
con respecto a la densidad: si se considera la masa de las partículas sólidas, únicamente, se tiene la
densidad real, pero si, aparte de la masa de las partículas, se tiene en cuenta su organización, entonces
se tiene la densidad aparente.
En la Figura 8.1 se presenta, esquemáticamente, la diferencia que induce el volumen de referencia entre
las densidades real y aparente del suelo; así mismo, con los parámetros definidos en ella, como ejercicio
aclaratorio, se desarrolla el cálculo de ambas densidades:
q Cada cubo pequeño tiene 1 cm3 de volumen y 2 g de peso y en conjunto representan las
partículas del suelo.
q El volumen del cubo grande es de 1000 cm3 y de éste está ocupado solamente el volumen
correspondiente al de los cubos pequeños; este cubo representa la muestra total del suelo.
q Si se calcula la densidad real (Dr) de esta muestra, utilizando la Fórmula [8.4], se tiene:
Pss = 3 cubos pequeños x 2 g = 6 g
Vs = 3 cubos pequeños x 1 cm3 = 3 cm3
Dr = 6 g / 3 cm3 = 2 g cm-3
q Si se calcula la densidad aparente (Da) de la misma muestra, haciendo Vc equivalente al
volumen del cubo grande en la Fórmula [8.5], se tiene:
El peso de los sólidos sigue igual que en el cálculo de Dr, es decir:
Pss = 6 g
Vc = 1000 cm3
Da = 6g / 1000 cm3 = 0.006 g cm-3
Aunque el ejemplo anterior es exagerado, queda claro que la diferencia fundamental entre las dos
densidades está determinada por el volumen de referencia tomado para cada uno de los cálculos.
1. DENSIDAD REAL (Dr)
Como se dijo anteriormente, la densidad real es el peso de las partículas sólidas del suelo, relacionado
con el volumen que ocupan, sin tener en cuenta su organización en el suelo, es decir, sin involucrar en el
volumen el espacio ocupado por los poros; se deduce, entonces, su dependencia de la composición
mineral del suelo y del contenido de algunos sólidos especiales en él, como la materia orgánica y los
óxidos de hierro.
En la Tabla 8.1 se presentan las densidades correspondientes a algunos silicatos y óxidos comunes en el
suelo. En ella se puede apreciar la alta variabilidad que puede presentarse en la densidad real del mismo,
si cambian la composición mineralógica y/o la proporción en que se presentan los diferentes minerales.
L
184
FIGURA 8.1. Representación esquemática de las densidades real y aparente del suelo.
1.1. DETERMINACIÓN
El método más recomendado para medir la densidad real del suelo es el del picnómetro. En él se
desarrollan los siguientes pasos:
Ø Se pesa un picnómetro completamente seco (Pps).
Ø Se llena el picnómetro con agua y se pesa (Ppw).
Ø Se pesa una muestra de suelo seco al horno (Pss).
Ø Se merma la mitad del agua del picnómetro, se vierte en él la muestra de suelo seco, se completa el
volumen y se pesa (Pt).
Ø Se calcula el peso del agua desplazada por la muestra del suelo (Pw) mediante la Fórmula [8.1].
185
Ø Asumiendo una densidad para el agua de 1 g cm-3, el volumen del agua desplazada será
numéricamente igual a Pw y éste será el valor del volumen que ocupa la muestra de suelo (Vs).
Ø Se calcula la densidad real (Dr) con la Fórmula [8.4].
Ø En la Figura 8.2 se presenta un modelo de formato para registrar los resultados que se van
obteniendo en la determinación de la densidad real del suelo.
Las fórmulas a utilizar son:
1 2 Pw= Pw - Pw [8.1]
Donde: Pw1: Es el peso del agua contenida en el picnómetro, sin el suelo.
Pw2: Es el peso del agua que hay en el picnómetro cuando se le adiciona el suelo;
estos pesos de agua se calculan con las siguientes relaciones:
Pw = Ppw - Pps 1 [8.2]
Pw = Pt - Pps - Pss 2 [8.3]
Vs
Pss
Dr= [8.4]
TABLA 8.1. Densidad de algunos materiales inorgánicos comunes en el suelo. (Tomado de Bowles, 1982).
MATERIAL DENSIDAD (g cm-3)
Gibsita 2.30 - 2.40
Montmorillonita 2.40
Ortoclasa 2.56
Illita 2.60
Cuarzo 2.60
Caolinita 2.60-2.63
Clorita 2.60-3.00
Plagioclasa 2.62-2.72
Calcita 2.80-2.90
Moscovita 2.80-2.90
Biotita 3.00-3.10
Hornblenda 3.00-3.47
Olivino 3.27-3.37
Limonita 3.80
Siderita 3.83-3.88
Hematita 4.90-5.30
Magnetita 5.17-5.18
186
Para la determinación de la densidad real del suelo hay que tener presente que el aire debe ser eliminado
del sistema, razón por la cual debe efectuarse bajo condiciones de vacío; esta condición hace que el
método sea un poco dispendioso y lento; para más detalles analíticos acerca de esta determinación
pueden consultarse Forsythe (1975), Motta et al (1990) y Montenegro y Malagón (1990), lo mismo
que para obtener otros métodos de evaluación de esta propiedad.
MUESTRA
CÓDIGO
Pps
( g )
Ppw
( g )
Pss
( g )
Pt
( g )
Pw1
( g )
Pw2
( g )
Pw
( g )
Vs
( cm3 )
Dr*
(Mg m-3)
* Mg m-3 es igual a g cm-3 pero la primera expresión es la recomendada para usar en suelos.
FIGURA 8.2. Formulario para el registro de los resultados obtenidos en la determinación de la densidad real del suelo
por el método del picnómetro.
1.2. INTERPRETACIÓN
Para fines prácticos, se asume como un valor promedio adecuado de densidad real para suelos
minerales, 2.65 Mg m-3. Este valor será apropiado para un suelo cuya composición mineralógica esté
equitativamente distribuida entre los filo y tectosilicatos expuestos en la Tabla 8.1, como podría ser
entre cuarzo, ortoclasa, plagioclasa, montmorillonita y caolinita, por ejemplo.
En un suelo cuya mineralogía esté dominada por óxidos de hierro se presentará una densidad real muy
por encima del valor promedio anotado anteriormente. De otro lado, los valores por debajo del
promedio pueden indicar la presencia de altos contenidos de materia orgánica y/o de aluminosilicatos no
cristalinos en el suelo.
2. DENSIDAD APARENTE
Es la densidad del suelo que se calcula teniendo en cuenta el espacio ocupado por los poros al
cuantificar el volumen de la muestra de suelo, razón por la cual depende de la organización que presente
la fracción sólida del mismo y está afectada por su textura, su estructura, su contenido de materia
orgánica, su humedad (en especial en suelos con materiales expansivos) y su grado de compactación,
principalmente. En términos prácticos, es la densidad que tiene la tierra fina del suelo, con la
organización que ella posea.
2.1. DETERMINACIÓN
La evaluación de la densidad aparente se hace con el suelo a capacidad de campo (ver Capítulo 9) y
los métodos más usados para hacerla son los siguientes:
187
2.1.1. Método del cilindro biselado
Este método es el más conocido y aceptado. Se aplica en la mayoría de los suelos agrícolas que
presentan poca o ninguna pedregosidad interna y/o que no son sueltos. Además, en suelos que no
presentan abundante cantidad de raíces gruesas, como en el caso de suelos bajo bosques bien
desarrollados. Las condiciones mencionadas anteriormente impiden, o por lo menos dificultan, la
introducción del cilindro y la extracción de la muestra completa del suelo. Se llevan a cabo las siguientes
operaciones:
Ø Se introduce el cilindro en la porción del suelo que se desea muestrear. Si la muestra se requiere de
la parte superficial del suelo, el cilindro se introduce verticalmente; si se desea hacer un muestreo de
todo el suelo debe prepararse un perfil, determinar los horizontes que posee y en la parte central o en
varios puntos de cada uno de ellos, dependiendo de la precisión buscada, se introduce el cilindro
horizontalmente. En cualesquiera de los casos debe tenerse la precaución de introducir
completamente el cilindro y hacerlo de forma que se disturbe lo menos posible la muestra.
Ø Se retira el cilindro lleno con suelo, se enrasan sus bordes con una navaja, se coloca en una bolsa
plástica y se sella, para traerlo al laboratorio. Si se requiere tomar un elevado número de muestras no
es necesario utilizar un cilindro diferente para cada una de ellas; la muestra de suelo puede retirarse
del cilindro en el campo y empacarse sola en la bolsa para reutilizar el cilindro con otras muestras.
Identificar muy bien el cilindro que se utilice con cada muestra para evitar errores en el volumen que
le corresponde para los cálculos.
Ø Se coloca el cilindro con la muestra de suelo a secar en horno a 105oC, durante 24 a 36 horas, al
cabo de las cuales se retira el conjunto del horno, se deja enfriar y se pesa (Pt).
Ø Se retira el suelo del cilindro y se pesa éste (Pc). Además, al cilindro se le toman las medidas de su
longitud (h) y de su diámetro interno (d), con las cuales se calcula el volumen de éste (Vc), utilizando
la Fórmula [8.6].
Ø Se calcula la densidad aparente (Da), utilizando la Fórmula [8.5].
Ø Los resultados que se obtengan pueden consignarse en un formulario como el que se presenta en la
Figura 8.3.
Las fórmulas necesarias para esta determinación son:
Vc
Pss
Da = [ 8.5 ]
Donde: Da: densidad aparente: Mg m-3.
Pss: peso del suelo seco en el horno: = Pt – Pc: g.
Vc: volumen del cilindro: cm3.
188
r h
d h
Vc 2
2
4
=p =p (r: radio) [8.6]
El proceso de introducir el cilindro en el suelo es más eficiente, en el sentido de que perturba menos la
muestra, si se realiza con un barreno diseñado para tomar muestras de suelos sin disturbar, como el que
se presenta en la Figura 8.4. Con este equipo, los cilindros para tomar la muestra se introducen en otro
cilindro portador que, a su vez, se atornilla en la parte inferior del brazo del barreno; la masa disponible,
que está unida a una varilla metálica que se introduce en el tubo del brazo, se utiliza para golpear el
barreno e introducirlo en el suelo, dejándola caer desde una altura adecuada sobre la manija del brazo;
lo anterior permite evitar al máximo la compactación de la muestra que se va a tomar.
MEDIDAS CILINDRO MUESTRA
MUESTRA
CÓDIGO Altura
( cm )
Diámetro
( cm )
Radio
( cm )
Volumen
( cm3 )
Peso
( g )
Pt
( g )
Pss
( g )
Da
( Mg m-3 )
FIGURA 8.3. Formulario para el registro de los resultados obtenidos en la determinación de la densidad aparente del
suelo, por el método del cilindro biselado.
189
FIGURA 8.4. Barreno para tomar muestras de suelo sin disturbar.
En el laboratorio también puede medirse la densidad aparente por otros métodos, como el del terrón
parafinado, el del terrón en petróleo o el del picnómetro de arena, los cuales pueden consultarse en
Olarte et al (1979), Motta et al (1990) y Montenegro y Malagón (1990).
2.1.2. Método de la cajuela
Para suelos que presentan alto contenido de gravillas, gravas, piedras, concreciones u otra característica
similar, es decir, aquellos donde no puede utilizarse el cilindro, es recomendable utilizar este método
para determinarles su densidad aparente. También es el método a utilizar cuando se quiere determinar la
densidad aparente de materiales orgánicos como turbas o capas de litter. Para hacer la determinación se
procede de la siguiente manera:
Ø Se abre un hueco en el terreno de aproximadamente 20 cm x 20 cm, con la profundidad necesaria,
teniendo la precaución de no compactar las paredes, ni el fondo del hueco al abrirlo.
Ø Se recoge todo el suelo extraído en una bolsa plástica y se recubre el hueco con plástico,
procurando el mayor ajuste de éste a las paredes de aquel. Si el suelo tiene fragmentos de roca, lo
que se extrae se pasa por un tamiz con malla de 2 mm y lo que queda retenido por él se regresa al
hueco, sobre el plástico que lo recubre, puesto que la densidad aparente que interesa en el suelo es
la de su tierra fina. Nótese que dichos fragmentos reducen el volumen de “suelo”.
190
Ø Se llena el hueco completamente con agua, controlando los volúmenes que se van adicionando y se
mide el volumen total de líquido que se gastó para el llenado.
Ø Se pesa el suelo extraído del hueco y se toma una submuestra del mismo para determinar el
contenido de humedad gravimétrica del suelo, con la Fórmula [9.7] y el formulario de la Figura 9.7.
Ø Se determina el peso del suelo seco al horno (Pss), haciendo la corrección por humedad para el
peso total del suelo extraído del hueco, como se hizo en el ejemplo del numeral 3 del Capítulo 7, en
la página 176.
Ø Se calcula la densidad aparente, con la Fórmula [8.5], indicada en el numeral anterior, haciendo Vc
igual al volumen de líquido gastado en la determinación.
Ø Los resultados se registran en un formulario como el de la Figura 8.5.
MUESTRA MEDIDAS HUECO ( cm )
CÓDIGO LARGO ANCHO PROFUNDIDAD
VOLUMEN
LÍQUIDO ( cm3 )
Pss
( g )
Da
( Mg m-3 )
FIGURA 8.5. Formulario para registrar los resultados de la determinación de la densidad aparente del suelo por el
método de la cajuela.
2.2. INTERPRETACIÓN
Como referencia para interpretar la densidad aparente del suelo, desde un punto de vista netamente
práctico, se ha establecido el valor de 1.3 Mg m-3, como densidad aparente promedia para los suelos
minerales, diferentes a los Andisoles, cuyo valor es menor de 0.90 Mg m-3 (Soil Survey Staff, SSS,
1999, 1998). Para los materiales orgánicos, Rawls (1983) propone un valor promedio de 0.224 Mg
m-3, aunque, dependiendo del grado de descomposición que ellos presenten, puede variar entre menor
de 0.1 Mg m-3, para materiales fibrosos, hasta mayor de 0.2 Mg m-3, para materiales sápricos ó
más descompuestos (SSS, 1998). Jaramillo y Hendrickx (2000), determinaron una densidad aparente
de 0.0474 Mg m-3, para acículas de pino muy poco descompuestas de plantaciones de 27 años de
edad, en el oriente antioqueño, por el método de la cajuela (resultados sin publicar). En este valor
puede haber un pequeño error que subestime la densidad, debido a la posible volatilización de azufre al
secar la submuestra tomada para establecer la humedad.
Teniendo en cuenta la textura, Cortés y Malagón (1984) consideran como valores altos para la
densidad aparente, aquellos que sean superiores a 1.3 Mg m-3, en suelos con texturas finas; los
mayores a 1.4 Mg m-3, en suelos con texturas medias y los mayores a 1.6 Mg m-3, en suelos con
texturas gruesas.
191
2.3. IMPORTANCIA DE LA Da
El valor de la densidad aparente es un parámetro necesario en varios cálculos relacionados con el suelo,
como son:
q Calcular el peso de un determinado volumen de suelo.
q Transformar el contenido de humedad gravimétrico del suelo, a contenido volumétrico.
q Calcular la porosidad total del suelo, cuando se conoce su densidad real.
Aparte de lo anterior, es un estimador del grado de compactación del suelo, ya que si se está
presentando este problema, la densidad aparente se incrementa; también es un indicador de altos
contenidos de materia orgánica en el suelo, puesto que ellos reducen el valor de dicha densidad.
Debido a la facilidad con la cual se puede medir esta propiedad, se ha utilizado como parámetro para
estimar el grado de deterioro del suelo, teniendo en cuenta que a medida que aumenta su valor, se está
produciendo una degradación de la estructura del mismo, bien sea por compactación o por pérdida de
materia orgánica.
Cabe aclarar, sin embargo, que la compactación del suelo no siempre es perjudicial, como lo
demuestran los resultados obtenidos por Silva et al (1986); ellos encontraron que a medida que se iba
compactando el horizonte A de un Latosol rojo arcilloso del Brasil, también se iba incrementando el
contenido de humedad en él, tanto en bosque como en cultivo; ésto se debe, probablemente, a que la
compactación ejercida disminuyó el tamaño natural de los poros, mejorando la capacidad de
almacenamiento de agua por parte del suelo. También en estudios realizados en Vertisoles del Valle del
Cauca (Cenicaña, 1996), se encontró que la eficiencia del riego por surcos alternos aumentaba a
medida que el suelo se iba compactando naturalmente ó debido al tráfico de maquinaria.
Como parámetro útil para estimar el deterioro del suelo, es conveniente analizar su variación a través del
perfil del suelo, ya que ésta puede indicar horizontes que están siendo compactados; en la Figura 8.6 se
observa la variación que puede presentar esta propiedad, cuando es evaluada en todo el perfil del suelo;
la curva a, representa la distribución de la densidad aparente en un suelo clasificado como Typic
Humitropept, el cual presenta un perfil bastante homogéneo y prácticamente sin problemas de densidad;
en cambio, la gráfica b, representa la distribución en un suelo Typic Durustalf, la cual evidencia la
presencia de dos horizontes compactados dentro del suelo, uno alrededor de los 60 cm de profundidad
y otro que empieza a los 140 cm, lo cual lleva a esperar comportamientos físicos y químicos especiales
en este suelo. Los datos analíticos utilizados para elaborar los gráficos, fueron tomados de Instituto
Geográfico Agustín Codazzi (IGAC, 1977).
192
FIGURA 8.6. Variación de la densidad aparente con la profundidad en dos suelos. a. Typic Humitropept. b. Typic
Durustalf. (Con base en datos de IGAC, 1977).
3. POROSIDAD
La porosidad total del suelo es el volumen de éste que no está ocupado por sólidos; es el volumen que
hay disponible en el suelo para los líquidos y los gases.
3.1. TIPOS DE POROSIDAD EN EL SUELO
La distribución del espacio poroso depende de la composición y arreglo de la fracción sólida, es decir,
de la textura, del contenido de materia orgánica y de la estructura, definiéndose dos tipos de espacios
porosos:
q Microporosidad o Porosidad textural, está compuesta por el volumen de los poros más finos
que tiene el suelo y que, en su mayor cantidad se encuentran en el interior de los peds.
q Macroporosidad o Porosidad estructural, es el volumen de poros grandes del suelo, los
cuales se encuentran, en mayor proporción, ubicados entre los peds.
193
La diferenciación anterior tiene su máxima importancia, cuando se considera la función específica de
cada tipo de porosidad, ya que los macroporos son los responsables de la circulación del agua,
sobretodo cuando está en exceso, y del aire en el suelo, en tanto que los microporos son los encargados
de almacenar agua dentro del mismo.
De las consideraciones anteriores se deduce que, más importante que conocer la porosidad total del
suelo, es conocer la distribución de los poros de diferentes tamaños. La proporción en que se
encuentren los diferentes tamaños es la que controla las relaciones fundamentales entre las fases sólida -
líquida - gaseosa, influyendo grandemente en cualidades edáficas como drenaje, infiltración,
almacenamiento de agua, aireación, temperatura, etc.
Para agrupar los poros del suelo, de acuerdo al tamaño que presenten, se han propuesto varias
clasificaciones, como la que puede verse en la Tabla 8.2, propuesta por el Soil Survey Division Staff
(SSDS, 1993).
TABLA 8.2. Clasificación de los poros del suelo, según su tamaño, propuesta por SSDS (1993).
TIPO DE POROS DIÁMETRO ( mm )
Muy gruesos > 10
Gruesos 10 – 5
Medios 5 – 2
Finos 2 – 0.5
Muy finos < 0.5
3.2. DETERMINACIÓN
Debido a que la porosidad del suelo depende de las características de su fracción sólida, ella se estima
con base en las densidades real y aparente, según la relación:
1 x100
Dr
Da
P ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= - [8.7]
Donde: P: Porosidad total: %.
Da: Densidad aparente: Mg m-3.
Dr: Densidad real: Mg m-3.
Para calcular el volumen de microporos se han desarrollado fórmulas aproximadas, como:
m = qcc (Pizarro, 1978) [8.8]
m = He x Da x f (Olarte et al, 1979) [8.9]
194
Donde: m: volumen de microporos: %.
q cc: Humedad volumétrica a capacidad de campo: %.
He: Humedad equivalente: Porcentaje de humedad que queda en el suelo después
de centrifugarlo por media hora, a 1000 veces la fuerza de gravedad: %.
Da: Densidad aparente: Mg m-3.
f: Tierra fina (< 2 mm) del suelo: %/100.
Calculando la microporosidad, la macroporosidad puede calcularse por diferencia con la porosidad
total, según la relación:
M = P - m [8.10]
Donde M el volumen de macroporos: %.
Para ilustrar el uso de las relaciones anteriores, se desarrolla el siguiente ejemplo:
Dr = 2.7 Mg m-3; He = 29.7 %; f = 100 %; Da = 1.3 Mg m-3; Wcc = 33.4 %
P ( % ) = 1 - x
1.3 Mgm
2.7Mgm
-3
-3
æ
è ç
ö
ø ÷
100 = 51.9 %
m = q cc = Wcc x Da = 33.4 % x 1.3 Mg m-3 = 43.42 %
M = P – m = 51.9 % - 43.42 % = 8.48 %
o también
m = He x Da x f = 29.7 x 1.3 x 1 = 38.01 %
M = P – m = 51.9 % - 38.01 % = 13.29 %
En el ejemplo anterior se puede ver lo aproximados que son los cálculos realizados; si se requieren
cálculos más precisos, se debe recurrir a otros métodos, como el de curvas de tensión de humedad vs
volumen de agua desplazado (Cortés y Malagón, 1984), el método de Kubiena del analizador
granulométrico (Mejía, 1980), al análisis micromorfológico de suelos (Bullock et al, 1985) o al método
del porosímetro de mercurio (Pinzón, 2000).
Pla (1977) considera que un tamaño de poro de 15 m de radio, cuando se presenta en cantidades
menores a 10%, puede generar problemas para la evacuación rápida de un exceso de agua en el suelo.
Propone un método de laboratorio para determinar el contenido de este tipo de porosidad, midiendo el
contenido de poros que pierde o no el agua, cuando el suelo es sometido a una succión de 100 cm de
columna de agua; el procedimiento para llevar a cabo esta determinación es el siguiente:
195
Ø Se toman en el campo muestras de suelo sin disturbar con cilindros, metálicos o de PVC, de 5 cm
de altura y 5 cm de diámetro.
Ø En el laboratorio se coloca en el extremo inferior de cada cilindro una cubierta de liencillo amarrada
con una bandita de goma. Los cilindros así preparados se ponen a saturar, por capilaridad, en una
bandeja con un soporte con malla, de manera que el agua alcance a subir hasta 1 cm por encima del
fondo del cilindro.
Ø Se satura con agua un plato de porcelana y se mantiene su saturación uniéndolo a un frasco
nivelador lleno de agua con una manguera fina. El frasco se coloca de tal manera que el nivel de agua
esté 2.5 cm por encima del nivel del plato. Se debe confirmar que pase agua continuamente del
frasco nivelador al plato. La saturación completa del plato y la eliminación del aire atrapado suelen
lograrse en 3 ó 4 horas. Debe asegurarse la reposición continua del agua que va saliendo del frasco
nivelador.
Ø Una vez saturados con agua el plato y los cilindros con el suelo (se comprueba por el aspecto
brillante de la superficie del suelo en el extremo superior) se colocan los cilindros con suelo sobre el
plato, presionando bien para establecer un íntimo contacto entre el suelo, la malla de liencillo y la
porcelana porosa.
Ø Se deja el conjunto anterior en reposo por unas 3 ó 4 horas, manteniendo el nivel del agua en el
frasco, y al cabo de este tiempo se remueven y pesan los cilindros con el suelo saturado con agua
(Pt).
Ø Después de pesados se vuelven a colocar en la misma forma sobre el plato de porcelana, luego se
baja el frasco nivelador a una altura tal que el nivel del agua en él se mantenga 97.5 cm por debajo
del nivel del plato; esto provoca una succión de 100 cm en el suelo que se encuentra en la parte
central de los cilindros.
Ø Se coloca y satura con agua un papel secante por debajo del plato y se puede colocar una tapa,
dejando siempre entrada del aire para mantener presión atmosférica; con ésto se reducen al mínimo
las pérdidas de agua por evaporación.
Ø El equilibrio suele alcanzarse antes de las 48 horas; es conveniente realizar 2 ó 3 pesadas de los
cilindros con el suelo en equilibrio a 100 cm de columna de agua, hasta obtener peso constante
(Psh).
Ø Alcanzado el equilibrio, se remueve la malla, la banda de goma y el cilindro y se pesan estos
componentes secos (Pc); se calcula el volumen del cilindro utilizado (V), utilizando la Fórmula [8.6];
luego se seca el suelo en el horno a 105oC durante 24 a 48 horas y se pesa (Pss).
Ø Se calcula la porosidad total (P) y la porosidad con radio equivalente menor a 15 m (P15m) con las
Fórmulas [8.11] y [8.12] respectivamente.
( ) x100
V
Pt Pc Pss
P
- +
= [8.11]
196
100 15 x
V
Pt Psh
P
-
= m [8.12]
3.3 INTERPRETACIÓN
Teóricamente se acepta como buena una porosidad total promedia de alrededor de 50%. Kaurichev
(l984), califica la porosidad total del suelo como se presenta en la Tabla 8.3.
TABLA 8.3. Calificación de la porosidad total del suelo (Kaurichev, 1984)
POROSIDAD TOTAL ( % ) CALIFICACIÓN
> 70 Excesiva
55 - 70 Excelente
50 - 55 Satisfactoria
40 - 50 Baja
< 40 Muy baja
Con relación a la distribución de poros, Baver et al (1973) consideran como ideal, aquella en la cual,
macro y microporos se encuentran en igual proporción y agrega que, cuando la macroporosidad es
menor del 10 %, se restringe la proliferación de raíces, valor también establecido por Pla, citado por
Cortés y Malagón (1984). Pla (1977) establece que con aportes controlados de agua (riego) dicho
valor límite podría bajarse a 6 u 8 %.
También, es importante analizar, como en el caso de la densidad aparente, la distribución de la
porosidad a través del perfil, para identificar posibles horizontes limitantes del drenaje, de la aireación,
del aporte de humedad a la planta y/o del crecimiento de las raíces; en la Figura 8.7 se presenta una
gráfica que muestra una de las formas de hacer este análisis, elaborada a partir de datos tomados de
IGAC (1977), para un Typic Dystrandept medial isomésico, de la Sabana de Bogotá.
Al interpretar la porosidad del suelo, debe tenerse en cuenta que si predominan los macroporos, se va a
presentar un drenaje y una aireación excesivos y una baja capacidad de almacenamiento de agua, en
tanto que, si predomina la microporosidad, se presentarán problemas de drenaje y aireación y
aumentará la posibilidad de compactación del suelo y de producción de compuestos tóxicos para la
planta por efecto de las condiciones reductoras que pueden generarse.
La distribución interna de la porosidad del suelo es un parámetro que debe ser evaluado
periódicamente, sobre todo en suelos sometidos a usos intensivos. Los cambios en esta propiedad
pueden ser indicativos de deterioro físico del suelo, como lo muestran los resultados presentados por
Boels (1982), Klute (1982) y Centurion y Dematté (1985), así como los encontrados por García
(1991), en suelos franco limosos del Valle del Sinú, sometidos a laboreo con discos durante 25 años,
con base en los cuales se elaboró la Figura 8.8.
197
FIGURA 8.7. Variación de la distribución de la porosidad en un Typic Dystrandept medial isomésico, con la
profundidad del suelo. (Con base en datos de IGAC, 1977).
En la Figura 8.8 se observa un decrecimiento apreciable en la porosidad subsuperficial del suelo,
prácticamente desde el momento en que es sometido a laboreo; además, hay un incremento permanente
de la porosidad en el horizonte superficial hasta los 17 años de laboreo, presentándose una disminución
en ella a partir de este tiempo. El comportamiento de la densidad aparente es completamente contrario
al de la porosidad, obviamente por la relación inversa que existe entre estas dos propiedades del suelo.
Lo anterior está resaltando el hecho de que el suelo trabajado probablemente ha desarrollado un piso
de arado (banda de suelo compactada a la profundidad de arada) cerca de la superficie del suelo, como
consecuencia del laboreo intenso con discos a que ha estado sometido por tanto tiempo. Nótese que a
partir de los 17 años de laboreo, la pérdida de porosidad y la compactación se empiezan a manifestar,
también, en el horizonte superficial.
20
30
40
50
60
70
0 5 17 20 25
Años de laboreo
Porosidad total
(%)
0
0.5
1
1.5
2
Da (Mg m-3)
Porosidad superficial Porosidad subsuperficial
198
FIGURA 8.8. Efecto del tiempo de laboreo con discos, sobre la Da y la porosidad de un suelo Franco Limoso del Valle
del Sinú (elaborada con base en resultados de García, 1991).
RECORDAR
Ø El suelo presenta dos tipos de densidad, dependiendo del volumen de referencia que se
tome para calcularla.
Ø Si la muestra del suelo se toma sin disturbar, es decir, incluyendo el espacio poroso en el
volumen, se obtiene la densidad aparente; si se elimina el espacio poroso, se obtiene la
densidad real o de partículas.
Ø Un alto contenido de materia orgánica, reduce la densidad del suelo, así como un alto
contenido de óxidos de hierro la aumenta.
Ø El estado de humedad en que se encuentre el suelo al momento de tomar la muestra
influye en el resultado que se obtenga; el suelo debe estar a capacidad de campo.
Ø El método de la cajuela se utiliza para determinar la densidad aparente en suelos arenosos,
pedregosos, orgánicos o con alto contenido de raíces gruesas.
Ø La densidad aparente es la más importante de las densidades del suelo porque puede ser
indicadora de deterioro físico en él y porque es la que se usa para hacer los cálculos que
involucran su peso.
Ø La relación entre las densidades aparente y real sirve para estimar la porosidad total del
suelo.
Ø Los macroporos intervienen en el drenaje rápido del suelo y en su aireación, mientras que
los microporos almacenan agua.
Ø Una macroporosidad menor de 10% puede generar problemas de aireación en buena parte
de las plantas de cultivo.
BIBLIOGRAFÍA
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200
SOIL SURVEY STAFF (SSS). 1998. Keys to soil taxonomy. 8ª. Ed. USDA. Washington D. C. 326 p.
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Cuántas densidades se pueden establecer en el suelo?. ¿Cómo se definen?. ¿En qué se diferencian?.
2. ¿De qué depende directamente la densidad real del suelo y cuál es su valor promedio?.
3. ¿Se puede modificar la densidad aparente de un suelo?. ¿Cómo podría hacerse?.
4. Con las prácticas de manejo del suelo, ¿cuál de las dos densidades varía más y por qué?.
5. ¿Por qué la densidad real es numéricamente mayor que la densidad aparente?.
6. Enumerar cinco propiedades del suelo que se relacionen con la densidad aparente.
7. ¿En qué condiciones se recomienda utilizar el método de la cajuela para determinar la densidad
aparente del suelo?.
8. ¿Cómo afecta la presencia de fragmentos de roca la determinación de la densidad aparente del suelo?.
9. ¿La compactación del suelo siempre es nociva para el mismo?. Comente su respuesta.
10. ¿Cuántos tipos de espacio poroso hay?. ¿Cómo se definen y cuál es la función principal de cada uno
de ellos?.
11. ¿Por qué la cantidad de macroporos tiende a disminuir con la profundidad del suelo?.
12. ¿Se puede cambiar la distribución del tamaño de los poros del suelo, a una determinada profundidad
dentro de él?. Comente su respuesta.
13. ¿Cuál es el valor crítico de la macroporosidad del suelo?.
EVALUACIÓN
1. Demostrar que Mg m-3 es igual a g cm-3.
2. ¿Cómo influye la humedad en la determinación de la densidad aparente del suelo?. ¿En cuáles suelos
es más importante este efecto?.
3. ¿La densidad aparente de un suelo sódico será mayor o menor que la densidad promedia para un suelo
mineral normal, con la misma textura?. Comente su respuesta.
4. Deducir la Fórmula [8.7]. (Consulte la parte 2 del Capítulo 6).
5. Con un cilindro de 6 cm de diámetro y 5 cm de altura, se obtuvo una muestra de un suelo, la cual, al
momento de tomarla, pesó 120 g y presentó un contenido de humedad gravimétrica de 15 %; calcular
la densidad aparente del suelo muestreado. (R: 0.7381 Mg m-3).
6. Con un cilindro que tiene 5.2 cm de diámetro y 46 mm de altura y que pesa 184.45 g, se tomó una
muestra de suelo que en la condición de campo y con el cilindro pesó 345.75 g; la muestra de suelo se
secó al horno y se volvió a pesar, también con el cilindro, obteniéndose un valor de 317.67 g; se debe
calcular para ese suelo:
a. Densidad aparente. (R: 1.3637 Mg m-3).
b. Porosidad. (R: 48.5396 %).
c. El peso del horizonte A de 25 cm de espesor, representado por esa muestra, en una hectárea. (R:
3409.25 Mg ).
d. Si este suelo tuviera 15% de fragmentos de roca, ¿cuál sería su densidad aparente?. (R: 1.5566 g
cm-3).
7. ¿Cuál es la densidad real de un suelo en que el análisis con picnómetro dio los siguientes resultados:
peso del picnómetro vacío y seco: 20.63 g; peso del picnómetro lleno con agua: 45.50 g; peso del
picnómetro con la muestra de suelo seco al horno: 25.63 g; peso del picnómetro con la muestra de
suelo seco al horno y con su volumen completado con agua: 48.58 g?. (R: 2.6042 g cm-3).
8. Un suelo que tiene 15% de gravilla presentó una densidad aparente de 1.35 g cm-3. ¿Cuál será su
densidad aparente si, además de la gravilla, tuviera 12% de piedras?. (R: 1.506 g cm-3).
201
9. Un suelo con 5% de gravilla presentó una densidad aparente de 1.42 g cm-3. ¿Cuál será su densidad
aparente si la gravilla es reemplazada por suelo?. (R: 1.3585 g cm-3).
10. Representar gráficamente, como en la Figura 8.7, la distribución de la porosidad que presenta el suelo
del primer problema de la evaluación del Capítulo 11.
11. Para determinar la densidad aparente de un suelo de bosque se hizo un hueco y se recogió
cuidadosamente el material extraído de él. Para llenar el hueco, previamente forrado en plástico, con
agua, se gastaron 2.1 L y el material que se extrajo pesó 3338.08 g. Se tomó una submuestra de suelo
que pesó, húmeda, 130.21 g y seca al horno, 91.8 g. ¿Cuál es la densidad aparente de dicho suelo?.
(R: 1.1218 g cm-3).
12. ¿Cuál es la porosidad de un suelo que tiene una humedad gravimétrica de 0.25 y una humedad
volumétrica equivalente de 0.35?. (R: 47.1698%).
14. ¿ Cuál es la densidad aparente de un suelo que tiene la siguiente composición volumétrica: sólidos: 300
cm-3, agua: 250 cm-3 y aire: 200 cm-3?. (R: 1060 kg m-3).
n este capítulo se tratará lo relacionado con la fase líquida del suelo. Se entiende que al
hablar del agua del suelo, se hace referencia a una solución y no al agua pura, ya que ésta no
se presenta en él.
1. CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO
La cantidad de agua que posea el suelo es una de sus características más específicas y está
determinada, fundamentalmente, por su textura, su contenido de materia orgánica, la composición de sus
fracciones mineral y orgánica y el arreglo que presente el medio físico edáfico, por el aporte que se le
haga natural (lluvia) o artificialmente (riego) de ella, así como por el consumo causado por la
evapotranspiración.
Con respecto a la influencia que tiene el contenido de coloides (arcilla y humus) sobre el contenido de
humedad del suelo, en la Figura 9.1 se observa que la cantidad de agua en él aumenta linealmente al
aumentar su contenido de arcilla y/o de materia orgánica, conservándose constantes las fuerzas de
retención.
FIGURA 9.1. Relación teórica general entre el contenido de coloides y el contenido de humedad del suelo, a una
fuerza de retención constante.
Debido a que el agua del suelo se adhiere a las partículas sólidas del mismo, hay una estrecha relación
entre la cantidad de agua que son capaces de retener estas partículas y su composición; Jury et al
(1991) reportan que la capacidad de adsorción de agua de la montmorillonita es mayor que la de la ilita
y que la de ésta es mayor que la de la caolinita; así mismo, sostienen que se ha observado que las
arcillas saturadas con cationes divalentes, retienen más agua que cuando están saturadas con
monovalentes, excepto cuando este catión es el Li+.
E
204
González y García (1987) encontraron diferencias notorias entre el contenido de humedad de arenas de
diferentes suelos (Andisol y Mollisol), atribuyéndole la mayor acumulación obtenida en el Andisol a la
presencia de características vesiculares en sus granos.
Sánchez (1981) concluyó que los Andisoles retienen más agua a una misma tensión, que los Oxisoles,
debido a que los agregados de alofano y materia orgánica son más porosos que los de caolinita y de
óxidos de hierro; la Figura 9.2 ilustra el comportamiento descrito anteriormente.
FIGURA 9.2. Efecto del tipo de arcilla del suelo, sobre su capacidad de retención de humedad (Contenido
gravimétrico de humedad; A.A: Agua aprovechable; C.C.: Capacidad de campo; P.M.P.: Punto de
marchitez permanente). (Adaptada y complementada de varios autores, citados por Sánchez, 1981).
Es interesante notar en la Figura 9.2 el comportamiento de las curvas en el rango de bajas tensiones.
Tanto el Oxisol como el Andisol tienen un comportamiento similar al del suelo arenoso: en un rango
corto de tensión ceden un gran volumen de agua; en cambio, el Vertisol cede su humedad a una rata
muy baja y durante un intervalo de tensión muy amplio. Después de pasar la capacidad de campo, el
Andisol y el Vertisol prácticamente se comportan de igual manera.
Lo expuesto en el párrafo anterior evidencia el efecto de la porosidad en la humedad del suelo. El
Oxisol puede tener tanta o más arcilla que el Vertisol pero, en el primero, la composición de óxidos de
hierro genera una estructura bien desarrollada que deja un espacio de macroporos abundante. Lo
mismo que en el Oxisol ocurre en el Andisol con su estructura, cementada por complejos de alumino
silicatos no cristalinos con humus. Esta distribución de poros hace que el suelo, por encima de
capacidad de campo, suministre altos volúmenes de agua fácilmente.
205
En el Vertisol, en cambio, la porosidad es muy fina y homogénea, producida por arcillas de tipo 2:1
expansivas, lo que hace que la humedad esté sometida a una tensión alta que va liberando la humedad
suavemente.
En relación con el arreglo físico edáfico, la distribución de tamaños de poros y de agregados, tiene un
marcado efecto en el comportamiento hídrico del suelo; Sánchez (1981) reporta los resultados de
Sharma y Uehara, quienes encontraron que en Oxisoles, a tensiones menores de -0.1 atm, la cantidad
de agua retenida a la misma tensión aumentaba, a medida que aumentaba el tamaño de los agregados
del suelo; también atribuye el autor citado, la mayor capacidad de retención de humedad de los
Andisoles a su mayor porosidad y al mayor tamaño de sus agregados estables en agua.
Silva et al (1986) encontraron, en Latosoles arcillosos y de textura media del Brasil, incrementos en la
cantidad de agua retenida por el suelo, a bajas tensiones, al aumentar la compactación, debido al
incremento en el porcentaje de microporos.
2. RETENCIÓN DE LA HUMEDAD DEL SUELO
El agua del suelo se presenta adherida a las partículas sólidas de éste en forma de películas y no está
libre en él, a no ser que se encuentre saturado; lo anterior implica que sobre el agua del suelo actúan
una serie de fuerzas, de magnitud y dirección variadas, que definen el estado energético del agua del
suelo en un determinado punto de él.
Jury et al (1991) indican que el agua del suelo está sometida a varias fuerzas, entre las que destacan la
atracción vertical, hacia abajo, que ejercen el campo gravitacional de la tierra, el propio peso del agua y
el peso de las partículas sólidas suspendidas en ella; el campo de fuerzas que generan, en todas
direcciones, las superficies de los sólidos del suelo; las fuerzas que ejercen los iones disueltos en el agua,
atrayéndola hacia ellos y las fuerzas de atracción entre moléculas de agua y el desbalance entre éstas y
la interfase agua – aire (ver Figura 9.3).
El estado energético del agua del suelo depende, como el de cualquier cuerpo, de los dos tipos de
energía: La energía cinética y la energía potencial. La energía cinética (Ec) depende del movimiento
del cuerpo considerado y es proporcional a su velocidad al cuadrado (Ec = ½ mv2: m: masa; v:
velocidad). En el suelo, el movimiento del agua es muy lento, por lo que su energía cinética es
despreciable (Hillel, 1998).
La energía potencial es la energía que tiene un cuerpo en virtud de su posición en un campo de fuerzas
(Jury et al, 1991). Esta energía, según Hillel (1998), es la que tiene especial importancia en la
determinación del estado y del movimiento del agua en el suelo. Como no hay un valor absoluto de
energía, para poder definir el estado energético del agua del suelo es indispensable definir una condición
o estado de referencia con el cual poder comparar.
El estado de referencia o estado estándar para la energía potencial del agua del suelo, lo definen
Jury et al (1991) como “el estado del agua pura (sin solutos) y libre (sin otras fuerzas diferentes a
206
la gravedad actuando sobre ella), sometida a una presión de referencia Po (la atmosférica), a
una temperatura de referencia To y a una elevación de referencia Zo”. Al agua que se encuentra en
el estado anterior se le ha asignado, arbitrariamente, un valor de energía potencial de cero.
La energía potencial del agua del suelo se define, entonces, como la “diferencia en energía por
cantidad unitaria de agua, comparada con el estado estándar” (Jury et al, 1991). Esta diferencia en
energía potencial entre dos puntos, más comúnmente llamada potencial total del agua del suelo, en
sistemas isotérmicos, determina:
q La dirección del flujo del agua, y
q La cantidad de trabajo disponible para causar flujo, o
q La cantidad de trabajo que debe hacerse desde afuera, para generar flujo.
La Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo, citada por Hillel (1998), define el potencial total
del agua del suelo como “la cantidad de trabajo que se debe hacer por cantidad unitaria de agua
pura para transportar, de forma reversible e isotérmica, una cantidad infinitesimal de agua,
desde un depósito de agua pura hasta el agua del suelo a una elevación especificada, a presión
atmosférica”. Este potencial tiene varios componentes (ver Figura 9.3), los cuales se definen en los
siguientes numerales y que se expresan, según Jury et al (1991), mediante la siguiente relación:
Yt = Yg + Yo + Ytp [9.1]
Yp ó Ya
207
FIGURA 9.3. Representación esquemática de los potenciales componentes del potencial total del agua del suelo, en
un suelo no expansivo.
Ytp (potencial de presión tensiométrica) abarca los efectos de los potenciales mátrico (Ym), de presión
de aire (Ya), de presión hidrostática (Yp), de presión de sobrecarga (Yb) y del potencial de
humedecimiento (Yw); Yg es el potencial gravitacional y Yo es el potencial osmótico.
Los componentes del potencial total del agua del suelo tienen diferente grado de importancia,
dependiendo del tipo de suelo tratado, así como de la condición de humedad en que aquel se encuentre.
Jury et al (1991) presentan diferentes posibilidades de estimar el potencial total del agua del suelo, en
variadas condiciones, de las cuales se destacan las siguientes:
Ø En suelos no expansivos no saturados: Y t = Y g + Y o + Y a + Y m.
Ø En suelos no expansivos saturados: Y t = Y g + Y o + Y p.
Ø En suelos expans ivos no saturados: Y t = Y g + Y o + Y a + Y m, ó
Y t = Y g + Y o + Y a + Y b + Y w.
Ø En suelos expansivos saturados: Y t = Y g + Y o + Y p + Y b.
Obsérvese en las relaciones anteriores que:
q Los componentes Yb y Yw sólo se tienen en cuenta cuando los suelos son expansivos, debido a
que en ellos hay, permanentemente, deformación de su geometría y reorientación de sus
partículas y esos dos componentes consideran dichas alteraciones.
q Los potenciales Yg y Yo aparecen en todos los suelos y condiciones de humedad.
q Las relaciones anteriores, para fines prácticos, se pueden simplificar aun más, teniendo en cuenta
que el valor del Ya es tan bajo que puede ser ignorado.
A continuación se hace una descripción de los potenciales que se han mencionado.
2.1. POTENCIAL GRAVITACIONAL (Y g)
Todos los cuerpos son atraídos con una fuerza gravitacional proporcional a su masa. El potencial
gravitacional del agua del suelo en un punto está determinado por la elevación de éste con relación a un
nivel de referencia seleccionado arbitrariamente. En suelo no saturado su efecto no es muy importante.
El potencial gravitacional puede ser positivo, negativo o igual a cero, si el punto en evaluación está por
encima, por debajo o en el nivel de referencia que se haya elegido para hacer la evaluación. Su valor
corresponde a la distancia vertical que haya entre el punto de interés y el nivel de referencia
seleccionado (Jury et al, 1991).
208
2.2. POTENCIAL OSMÓTICO (Y o)
La presencia de solutos en el agua del suelo disminuye la energía de ésta, así como su presión de vapor.
En el agua del suelo este potencial siempre es negativo.
El potencial osmótico es importante en la interacción entre las raíces de las plantas y el suelo, si se tiene
en cuenta que el agua se mueve desde una solución diluida hacia una solución más concentrada, cuando
ambas soluciones están separadas por una membrana permeable al agua. Este potencial también es
importante en procesos que involucren difusión de vapor (Hillel, 1998).
2.3. POTENCIAL MÁTRICO (Y m)
Según Stephens (1996), este subcomponente tiene en cuenta el efecto que ejercen los sólidos del suelo,
sobre el agua, al atraerla hacia ellos mediante dos mecanismos diferentes:
q Las fuerzas de capilaridad, que actúan cuando el suelo está húmedo, y
q Las fuerzas de adsorción, que son más importantes en suelos secos.
El agua que retiene el suelo capilarmente, se encuentra en los poros mayores del mismo, mientras que el
agua adsorbida se presenta en forma de película, recubriendo las superficies cargadas de las partículas
sólidas del suelo, gracias al carácter dipolar que tiene el agua (Stephens, 1996).
El efecto de la capilaridad es un fenómeno que solamente se observa en el suelo cuando éste está en
condiciones de no saturación. Es la causa que obliga al agua a ascender cuando se coloca en contacto
con un suelo que se ha secado en parte.
Este potencial, en el suelo no saturado, es negativo, mientras que cuando el suelo está saturado, el
potencial mátrico es cero, pues los poros, al estar llenos de agua, no presentan el fenómeno de la
capilaridad.
El valor del potencial mátrico está relacionado con la altura que alcanza una columna de agua en el suelo
y ésta altura varía inversamente con el radio del poro: A menor tamaño de poro, mayor es la altura de la
columna de agua y mayor es la fuerza con la cual es retenida el agua por los poros del suelo; el tamaño
de los poros está definido, fundamentalmente, por la estructura y por la textura del suelo; así, poros
grandes se asocian a suelos bien estructurados y/o con texturas gruesas, en tanto que los poros
pequeños se relacionan con texturas finas, suelos compactados y/o poco estructurados no arenosos.
El potencial mátrico, como se ha tratado hasta aquí, tiene validez en suelos que no presentan
expansibidad. En los suelos expansivos (con propiedades vérticas), los procesos de humedecimiento y
secamiento están cambiando permanentemente la geometría del suelo y alteran la disposición y la unión
entre las partículas del suelo. Por lo anterior, Jury et al (1991) recomiendan partir el potencial mátrico,
en los suelos expansivos, en dos componentes:
2.3.1. Potencial de sobrecarga (Y b)
209
Es el potencial que describe el efecto que tienen, sobre el agua del suelo, aquellos materiales sólidos del
mismo que no se encuentran soportados, al ejercer sobre ella una presión mecánica.
2.3.2. Potencial de humedecimiento (Y w)
Este potencial describe el efecto de la geometría del suelo y es el valor del potencial mátrico cuando el
potencial de presión de sobrecarga y la presión externa del aire tienen un valor de cero.
2.4. POTENCIAL DE PRESIÓN DEL AIRE (Y a)
Llamado potencial neumático por Hillel (1998) y por Stephens (1996), se refiere a la presión que
ejerce la fase gaseosa al actuar sobre la fase líquida del suelo. Generalmente, en condiciones de campo,
su valor es despreciable, aunque, bajo condiciones de laboratorio puede llegar a tener valores altos.
2.5. POTENCIAL DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA (Y p)
Cuando el suelo está saturado se crea una carga hidrostática sobre el agua que se encuentra en un
determinado punto del suelo, debida a la columna de agua que está sobre él. Este potencial es positivo y
proporcional a la altura que adquiere la lámina de agua sobre el punto en estudio. El potencial de
presión hidrostática es cero cuando el suelo no está saturado.
A continuación se representan, esquemáticamente, los signos que pueden tomar los potenciales
gravitacional, mátrico y de presión, según la posición analizada en el suelo, con respecto al nivel de
referencia seleccionado (S.S.: superficie del suelo; N.F.: nivel freático; N.R.: nivel de referencia).
POSICIÓN Y g Y p Ym
S.S. = N.R. 0 0 --
-- 0 --
N.F. -- 0 0
-- + 0
S.S. + 0 --
+ 0 --
N.F. = N.R. 0 0 0
-- + 0
S.S. + 0 --
+ 0 --
N.R. 0 0 --
210
-- 0 --
N.F. -- 0 0
-- + 0
Generalizando las relaciones resaltadas en el recuadro de la página 207 se puede establecer una relación
genérica de trabajo práctico, la cual cambia la Ecuación [9.1] a la forma de las Ecuaciones [9.2],
utilizadas por autores como Stephens (1996) y por Hanks y Ashcroft (1980):
Yt = Yg + Yo + Ym Para suelo no saturado [9.2a]
Yt = Yg + Yo + Yp Para suelo saturado [9.2b]
El potencial del agua del suelo se puede expresar de varias maneras, siendo más utilizadas las siguientes
(Hillel, 1998; Stephens, 1996; Jury et al, 1991; Hanks y Ashcroft, 1980):
q Como Energía/Volumen: Con dimensiones (ML-1T-2) y con unidades ergios cm-3, N m-2, dinas
cm-2, bar, atm o Pa.
q Como Energía/Peso: También llamada Cabeza de Potencial o Cabeza Hidráulica; tiene
dimensiones longitudinales (L) y unidades cm o m.
La manera más fácil de expresar los potenciales es la que los presenta en dimensiones de longitud y, si
se asume que no hay efecto osmótico importante en la solución del suelo o, si se quiere mirar sólo la
dirección del flujo de agua, caso en el que el potencial osmótico no interviene, todos los otros
potenciales de las Ecuaciones [9.2] pueden ser expresados como una distancia con respecto al nivel de
referencia establecido.
En términos de cabeza de potencial total, las Ecuaciones [9.2] se presentan de la siguiente manera,
eliminando el potencial osmótico:
H = z + m Para suelo no saturado [9.3a]
H = z + h Para suelo saturado [9.3b]
Donde: H: Cabeza hidráulica.
z: Cabeza de potencial gravitacional.
m: Cabeza de potencial mátrico.
h: Cabeza de potencial de presión.
Para transformar medidas de potencial obtenidas en la forma de energía/volumen a la forma de
energía/peso, se debe dividir el potencial respectivo por el valor de la densidad del agua (rw),
multiplicado por el valor de la aceleración de la gravedad (g = 9.81 N kg-1) (Jury et al, 1991; Stephens,
211
1996); por ejemplo, si se tiene un potencial total del agua del suelo de 0.4 N m-2, la cabeza hidráulica
equivalente será:
m
N m kg
N m kg
kg
N
x
m
kg
m
N
g
H
w
t 0.047
9.81
0.4
1 9.81
0.4
2
3
3
2
= = =
Y
=
r
El potencial total del agua del suelo es negativo, ya que su valor es menor que el de la presión
atmosférica y puede expresarse, como ya se mencionó, en diferentes sistemas de unidades. Las más
comunes, con sus equivalencias, son las que se dan a continuación, tomadas de Thien y Oster (1981):
kPa Atm bar cm de agua Pa N m-2
101.3 1 1.013 1000 101 300 101 300
El kilopascal (kPa) es la unidad recomendada por el Soil Survey Staff (SSS, 1998), como básica para
describir la retención de humedad en el suelo. Para efectos de transformación de unidades, tener en
cuenta que:
N = mkg s-2; J = N m= kg m2 s-2; ergio = 10-7 J; dina = 10-5 N
Con el fin de ilustrar el manejo de las cabezas de potencial, a continuación se desarrolla el siguiente
ejemplo:
Se tiene un suelo homogéneo cuyo nivel freático se encuentra a 80 cm de profundidad. ¿Cómo será el
valor de las cabezas de los potenciales total (H), gravitacional (z), de presión (h) y mátrico (m), en
intervalos de profundidad de 10 cm y hasta una profundidad de 120 cm, cuando el agua del suelo está
en equilibrio, asumiendo que no hay efectos osmóticos y que el nivel de referencia se establece a los 50
cm de profundidad en el suelo?.
En la Tabla 9.1 se muestra el balance entre las cabezas de potencial estudiadas, teniendo en cuenta que,
por estar el agua del suelo en equilibrio, el valor de la cabeza hidráulica (H) es constante e igual al valor
que tenga a la altura del nivel freático, puesto que en este punto h y m tienen un valor de cero y z
equivale a la diferencia de altura entre el nivel de referencia y el nivel freático. Además, recuérdese que
H = z + h + m. En la Figura 9.4 se representa el comportamiento de las cabezas de potencial
establecidas en la Tabla 9.1.
TABLA 9.1. Balance de las cabezas de potencial en un suelo hipotético cuya agua está en equilibrio.
PROFUNDIDAD (cm) CABEZAS DE POTENCIAL (cm)
z h m H
0 50 0 -80 -30
10 40 0 -70 -30
212
20 30 0 -60 -30
30 20 0 -50 -30
40 10 0 -40 -30
50 (N.R.) 0 0 -30 -30
60 -10 0 -20 -30
70 -20 0 -10 -30
80 (N.F.) -30 0 0 -30
90 -40 10 0 -30
100 -50 20 0 -30
110 -60 30 0 -30
120 -70 40 0 -30
FIGURA 9.4. Comportamiento de las cabezas de potencial en un suelo hipotético cuya agua está en equilibrio. (Con
base en los datos de la Tabla 9.1).
En la gráfica anterior es interesante notar que la presión del agua del suelo es un continuum como lo
indica la línea inclinada que va del extremo superior izquierdo al extremo inferior derecho. Sin embargo,
obsérvese que en ese continuum los potenciales que intervienen en la retención cambian, dependiendo
de que el suelo esté o no saturado: Al anularse el efecto del potencial mátrico cuando el suelo se satura
con agua, el potencial de presión comienza a actuar, manteniendo el continuum mencionado. Hay que
puntualizar que para desarrollar el ejemplo anterior en condiciones en que el agua no esté en equilibrio,
es necesario tener medidas o, por lo menos, estimaciones del potencial mátrico.
La cantidad de agua retenida por el suelo depende de las fuerzas que se desarrollan en éste. Dichas
fuerzas dependen, a su vez, de los factores que se discutieron en el numeral anterior, donde se analizó el
contenido de humedad; para ilustrar este comportamiento se presenta la Tabla 9.2.
TABLA 9.2. Comportamiento de la humedad del suelo con respecto a su contenido de materiales coloidales.
(Resultados tomados de IGAC, 1977).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60
POTENCIAL (cm)
PROFUNDIDAD (cm)
z h m H
213
CONTENIDO ( % ) DE*
CONTENIDO GRAVIMÉTRICO DE
SUELO HUMEDAD ( % )**
HORIZONTE
ESPESOR
( cm )
Ar M.O. C.C. P.M.P. A.A.
Ap 0 - 20 14 10.58 63.3 34.6 28.7
Andisol
Bs 55 - 76 10 3.10 34.6 17.4 17.2
E 0 - 22 14 1.74 32.6 8.8 23.8
Alfisol
Bt 32 - 60 19 0.81 31.4 16.6 14.8
Ah 0 - 28 14 13.72 55.1 30.5 24.6
Inceptisol
Bs 37 - 58 14 3.36 43.9 27.4 16.5
* Ar: Arcilla. M.O.: Materia orgánica.
** C.C.: Capacidad de campo. P.M.P.: Punto de marchitez permanente. A.A.: Agua aprovechable.
En la Tabla 9.2 se observar cómo cambia el contenido de humedad del suelo a una misma fuerza de
retención, al presentarse cambios en sus contenidos de materia orgánica y de arcilla. Las diferencias que
se presentan entre los contenidos de humedad de horizontes que tienen contenidos similares de materia
orgánica y de arcilla, se explica por las diferencias que existen en la composición de estos coloides en
los diferentes suelos.
También en la Tabla 9.2 se aprecia que no hay diferencias importantes entre los contenidos de agua
aprovechable de los horizontes superficiales de los suelos analizados, así como entre los horizontes
subsuperficiales; lo que sí presenta diferencias apreciables entre los mismos horizontes de los diferentes
suelos, es el contenido de humedad que deben tener, a C.C. y en el P.M.P., para llegar a suministrar la
cantidad de A.A. que se ha obtenido; ésto puede implicar serias limitaciones en el uso de los suelos más
exigentes en humedad, si ellos se encuentran en una región que presente climas relativamente secos y
encarecería considerablemente los costos de producción, si las deficiencias hídricas se van a suplir con
riego.
2.6. MEDIDA DE LOS POTENCIALES DEL SUELO
Los componentes del potencial total del agua del suelo pueden ser medidos de diferentes maneras. Hillel
(1998), Jury et al (1991) y Koorevaar et al (1983), exponen algunos de los métodos utilizados
comúnmente para hacer dichas medidas y de sus discusiones se extrae la información que se presenta a
continuación. Se presentará el método de determinación que evalúa el potencial en la forma más
frecuente de expresarlo (como cabeza o como potencial en unidades de energía por volumen).
El potencial gravitacional se establece midiendo directamente en el suelo la distancia que hay entre el
nivel de referencia y el punto de interés dentro del suelo.
El potencial de presión hidrostática se establece midiendo la altura que hay entre el punto de interés
en el suelo y el punto donde se encuentra el nivel del agua libre que está por encima de él. Esta altura se
determina mediante la instalación de piezómetros (tubos abiertos por ambos extremos) en el suelo,
hincados en él de modo que el extremo inferior del tubo quede en el nivel de referencia.
Al instalar piezómetros debe tenerse en cuenta que éstos deben quedar en suelo saturado pues, de lo
contrario, el agua no puede entrar en el tubo (piezómetro 1 de la Figura 9.5). Cuando se instala un
214
piezómetro en un suelo no expansivo (piezómetro 2 de la Figura 9.5), el agua sube, dentro del tubo, a
una altura igual a la del nivel freático y esa altura es la cabeza de presión hidrostática (h) del suelo.
Cuando la instalación de los piezómetros se hace en un suelo expansivo (número 3 de la Figura 9.5), el
agua asciende hasta una altura que sobrepasa la altura del nivel freático, obteniéndose dos cabezas de
potencial diferentes: una de potencial de presión hidrostática (h), hasta la altura del nivel freático y
otra, la de potencial de sobrecarga (b), que es la distancia entre la altura del nivel freático y el límite
superior de la columna de agua dentro del piezómetro. En la Figura 9.5 se ilustran las situaciones
mencionadas.
El potencial de presión del aire se establece midiendo la presión de aire que hay en el suelo, con un
barómetro, y restándola a la presión de aire de referencia. Recuérdese que el valor de este potencial es
muy bajo y que, para efectos prácticos, puede ser ignorado.
El potencial osmótico puede calcularse extrayendo solución del suelo y midiendo en ella la
concentración de solutos, para luego aplicar la siguiente relación:
Yo = -RTCs [9.4]
Donde: R: Constante universal de los gases: 8.32 bar cm3 mol-1 ºK -1.
T: Temperatura absoluta: ºK.
Cs: Concentración de solutos: mol cm-3.
Porta et al (1994) presentan otra aproximación al cálculo del potencial osmótico, con base en la
medición de la conductividad eléctrica del extracto de la pasta de saturación del suelo, utilizando la
siguiente relación:
Yo = -aCEs [9.5]
Donde: Yo: Potencial osmótico: kPa.
a: Constante que depende del tipo de sal disuelta. Para fines prácticos se toma
igual a 36.
CEs: Conductividad eléctrica del extracto de la pasta de saturación del suelo: dS
m-1.
215
FIGURA 9.5. Cabezas de potencial que se determinan con piezómetros.
Para determinar el potencial mátrico en un determinado punto del suelo se puede utilizar el tensiómetro
de mercurio (ver Figura 9.6). Según Jury et al (1991) la lectura del tensiómetro corresponde a la suma
del potencial mátrico (incluyendo el de sobrecarga si lo hay) más el potencial de presión del aire y,
además, dicha lectura es una función de la distancia entre la cápsula porosa y el reservorio de mercurio:
(H + L) en la Figura 9.6. Haciendo el potencial de presión del aire igual a cero y expresando el
potencial mátrico como cabeza de potencial, se tiene:
m = H + L - 12.6X [9.6a]
Igualando a cero la ecuación anterior (m = 0) y despejando X se obtiene un valor de corrección que se
debe aplicar al tensiómetro para que su lectura exprese el potencial mátrico del suelo en la vecindad de
la copa porosa:
12.6
(H L)
X
+
= [9.6b]
A la distancia X sobre el reservorio de mercurio se coloca el cero de la escala de lectura del
tensiómetro y así, la lectura obtenida en el campo es la del potencial mátrico promedio del suelo en los
alrededores de la cápsula porosa.
216
FIGURA 9.6. Representación esquemática de un tensiómetro de mercurio.
En suelos expansivos, la lectura del tensiómetro equivale a la suma de los potenciales de sobrecarga y
de humedecimiento; por lo tanto, si se conoce el potencial de sobrecarga (se vio en párrafos anteriores),
por diferencia puede estimarse el potencial de humedecimiento del suelo.
3. CONSTANTES DE HUMEDAD DEL SUELO
De acuerdo con las fuerzas de retención que están actuando sobre la humedad del suelo, se han
definido, más o menos arbitrariamente, ciertos estados y límites de humedad de uso corriente en
edafología. Los que se usan más frecuentemente son los siguientes:
q Coeficiente higroscópico: contenido de humedad que retiene el suelo cuando se seca al aire;
esta humedad es retenida a una tensión de -30 atm, aproximadamente.
q Punto de marchitez permanente: contenido de humedad del suelo al cual la planta se marchita
irreversiblemente; el agua del suelo en este punto, está retenida a -15 atm, aproximadamente.
q Capacidad de campo: es el contenido de humedad con que queda el suelo, luego de que sus
macroporos han drenado completamente; se llega a esta condición de humedad luego de dejar
drenar el suelo saturado, entre 48 y 72 horas; el agua en esta condición está retenida a tensiones
comprendidas entre -0.1 y -0.3 atm.
q Agua aprovechable: Es la humedad que presenta el suelo retenida entre el punto de marchitez
permanente y la capacidad de campo.
Cabe recalcar, nuevamente, que las constantes de humedad definidas anteriormente son arbitrarias y
que no son aplicables, estrictamente, a todas las plantas ni a todos los suelos, puesto que hay factores
217
de tipo ambiental ygenético que intervienen en la eficiencia de la planta para utilizar el agua del suelo,
cuyo efecto no está considerado en las definiciones dadas; para mayor ilustración al respecto, pueden
verse Kramer (1974) y Cassel (1981), entre otros muchos autores. En la Figura 9.7 se representan las
constantes mencionadas, además de otros estados de humedad del suelo.
4. DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DEL SUELO
La humedad del suelo puede evaluarse midiendo el contenido de agua, midiendo la fuerza con que ella
está retenida o midiendo otras propiedades relacionadas con la humedad, como la capacidad de
transmitir calor o de transmitir una corriente eléctrica.
4.1. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA
Se trata de establecer la cantidad de agua que contiene el suelo, expresada como porcentaje, con base
en el peso (contenido gravimétrico), o en el volumen (contenido volumétrico) de una muestra
representativa de aquel. La manera más común de medir la humedad del suelo es la gravimétrica y se
calcula con base en el suelo seco al horno, para tener un nivel de referencia igual en todos los suelos y
poderlos comparar, según la siguiente expresión:
(%) x100
Pss
Psh Pss
W
-
= [9.7]
Donde: W: Porcentaje de humedad.
Psh: Peso del suelo húmedo.
Pss: Peso del suelo seco al horno.
ESTADO DE
HUMEDAD
atm -30 -15 -0.3 0
218
FIGURA 9.7. Representación esquemática de los estados de humedad del suelo.
El método para hacer la determinación del contenido de humedad gravimétrica consta de los siguientes
pasos:
Ø Se pesa una caja para muestras, vacía (Pc).
Ø Se coloca la muestra de suelo en la caja, se tapa y se pesa el conjunto (Pcsh).
Ø Se coloca la caja con suelo en el horno, a 105oC, hasta que no se presenten cambios en el peso de
esos materiales; en la práctica se asume que esa condición se obtiene con un tiempo de secado de
24 a 36 horas; al cabo de este tiempo, se retira la caja del horno y se pesa (Pcss).
Ø Se calcula el porcentaje de humedad con la Fórmula [9.7], con el apoyo de las Fórmulas [9.8] y
[9.9].
Ø En un formato como el que se muestra en la Figura 9.8 se registran los resultados que se van
obteniendo.
Psh = Pcsh – Pc [9.8]
Pss = Pcss – Pc [9.9]
MUESTRA Pc ( g ) Pcsh ( g ) Pcss ( g ) Psh ( g ) Pss ( g ) W (%)
FIGURA 9.7. Formulario para el registro de los resultados que se obtengan en la determinación del contenido de
humedad del suelo, por el método gravimétrico.
Si se conoce la densidad aparente del suelo (Da, Capítulo 8), el valor de la humedad gravimétrica
puede ser expresado en términos de humedad volumétrica (q), en porcentaje, mediante la relación:
w
W x Da
r
q
(%)
(%) = [9.10]
Donde rw es la densidad del agua.
La humedad volumétrica [q (%)] puede ser expresada como una lámina de agua (L), es decir, como el
espesor que tendría esa cantidad de agua si se extendiera formando una capa continua de agua; la
transformación se hace con la siguiente fórmula:
219
L x h
100
q (%)
= [9.11]
Donde h es el espesor del suelo, del horizonte o de la porción del suelo que se está
caracterizando.
En caso de que se quiera conocer la lámina de agua compuesta de varios horizontes del suelo, se calcula
la lámina para cada uno de ellos y luego se suman todas estas láminas parciales para obtener la lámina
total del suelo. Esta manera de expresar la humedad del suelo como lámina tiene amplio uso en trabajos
de diseño de riegos y de drenajes. Con el siguiente ejemplo se ilustra el uso de las relaciones anteriores.
Ejemplo: Cuál es el valor de la lámina de agua que está acumulada en un suelo que dio los siguientes
resultados para la determinación de su humedad gravimétrica:
Espesor (cm) Da (Mg m-3) Pc (g) Pcsh (g) Pcss (g) Psh (g) Pss (g)
15 1.0 8.7 16.1 14.0 7.4 5.3
25 1.2 8.2 26.3 23.0 18.1 14.8
40 1.3 8.5 20.3 19.3 11.8 10.8
Los contenidos de humedad, gravimétricos, son:
100 39.6%
5.3
(7.4 5.3)
(%) 1 =
-
= x
g
g
W ; estos mismos cálculos, para los otros dos horizontes, dan que
W2 = 22.3 % y W3 = 9.3 %.
Los contenidos de humedad, volumétricos, son:
39.6%
1.0
39.6% 1.0
(%) 3
3
1 = =
-
-
Mg m
x Mgm
q ; haciendo los mismos cálculos anteriores, para los otros dos
horizontes, se tiene que q2 = 26.8 % y q3 = 12.1 %.
Para transformar q en lámina L, se tiene:
L x15cm 5.9cm
100
39.6%
1 = = ; de igual manera, para los otros dos horizontes se tiene que L2 = 5.6 cm y
L3 = 3.7 cm.
Por lo tanto, la lámina de agua que tiene acumulada este suelo, en 80 cm, es:
Lt = (5.9 +5.6 + 3.7) cm = 15.2 cm.
220
4.2. DETERMINACIÓN DE LA RETENCIÓN DE HUMEDAD
Hay varios métodos para realizar esta determinación. Además, puede llevarse a cabo en el campo o en
el laboratorio. En el campo, para fines de manejo agropecuario del suelo, lo más común es trabajar el
suelo en condiciones no saturadas (salvo pocas excepciones); aquí interesa conocer el estado
energético del agua con fines de control de la humedad en la zona radicular y su relación con el riego, lo
cual hace que el potencial tensiométrico (Ytp) adquiera un gran valor, puesto que, en las condiciones de
humedad mencionadas, es el potencial que más controla la retención de la humedad en los suelos. Para
determinar ese potencial se utilizan, preferencialmente, los tensiómetros.
En el laboratorio, lo más común es determinar el potencial total del agua del suelo, mediante el uso de
ollas y platos de presión; este método de laboratorio se analizará posteriormente, cuando se trate el
tema de la curva de retención de humedad.
Los tensiómetros constan, básicamente, de una copa de cerámica conectada a un tubo que contiene
agua y que tiene adaptado un sistema de medida de presión; los diseños de estos equipos son muy
variados y van desde los tensiómetros sencillos, de tubo de plástico trasparente (Camargo et al, 1982),
hasta los sofisticados equipos automáticos electrónicos (Bottcher y Miller, 1982).
El principio con que funcionan estos equipos consiste en establecer un equilibrio estático entre la
humedad que tiene el suelo y la humedad que alcanza la copa cerámica que, por ser porosa, intercambia
agua con su entorno hasta alcanzar esa condición de equilibrio. La entrada o la salida de agua del
tensiómetro genera un cambio de presión en el equipo, con respecto a las condiciones de calibración del
mismo, que es registrado por el instrumento que para el efecto tenga aquel y, generalmente, es
expresado en unidades de energía/volumen. Estos equipos dan lecturas confiables de potencial hasta
valores de -0.8 atm (~ -800 cm). Para realizar las medidas con tensiómetros, el procedimiento a seguir
depende del sistema de medida de presión que posea, así:
4.2.1. Tensiómetros de mercurio
Ø Se llena, hasta las 2/3 partes, el recipiente para el mercurio.
Ø Se llena de agua el tubo que conecta la cápsula con el mercurio, evitando que quede aire en el
sistema.
Ø Se tapa el tubo de agua y se espera hasta obtener una lectura entre -200 y -300 mbar, para
completar el agua.
Ø Se coloca la cápsula porosa en agua, hasta cuando la columna de mercurio se estabilice.
Ø Se desliza la escala longitudinalmente hasta que el cero coincida con el menisco de la columna de
mercurio; así queda calibrado el equipo. Si se requieren valores precisos de Ym, tener en cuenta la
corrección que debe hacerse con la Fórmula [9.6b], página 215, para ubicar el cero de la escala.
Ø Se instala el equipo calibrado, a la profundidad deseada, abriendo un hueco en el suelo con un
barreno; para obtener el mejor contacto entre la cápsula porosa y el suelo, se compacta un poco
alrededor de ella.
221
Ø Se termina de llenar el hueco y se espera hasta que la columna de mercurio se estabilice para hacer
la primera lectura; se deja instalado el equipo para lecturas posteriores.
4.2.2. Tensiómetros con vacuómetro
Ø Se llena el tubo del tensiómetro con agua.
Ø Se satura la cápsula con agua hasta que el manómetro marque el máximo porcentaje de humedad.
Ø Se instala el tensiómetro como se hace con el de mercurio.
Ø Para hacer la primera lectura se espera hasta que el manómetro se estabilice; el equipo se deja en el
suelo para posteriores lecturas.
En la Figura 9.9 se muestra un modelo de estos equipos.
5. LA CURVA DE RETENCIÓN DE HUMEDAD DEL SUELO
También es conocida como curva característica de humedad del suelo. Es una gráfica que representa
la relación existente entre el potencial total del agua del suelo y el contenido de humedad del mismo, en
un amplio rango de tensiones. Esta relación tiene una dependencia muy grande de la textura del suelo,
como puede verse en las gráficas teóricas que se presentan en la Figura 9.10. Es una herramienta
indispensable en el manejo de riegos y sirve para establecer controles en el campo, utilizando,
generalmente, los tensiómetros.
Para establecer la curva, en el laboratorio, las muestras de suelos se someten a diferentes presiones
(0.1, 0.3, 1, 5, 10 y 15 atm, por ejemplo) y cuando se llega al equilibrio, se determina el contenido de
humedad que presenta la muestra por el método gravimétrico, según la Fórmula [9.7], registrando los
resultados en un formulario como el que se presenta en la Figura 9.11. Con la Fórmula [9.10] se
transforma el contenido gravimétrico a volumétrico.
Las tensiones se aplican a las muestras en ollas y platos de presión (ver Figura 9.12) y los resultados se
grafican en papel semilogarítmico, colocando, en la escala logarítmica, la tensión y, en la aritmética, el %
de humedad, como puede verse en la Figura 9.2.
Teniendo definida la curva de retención de humedad de un suelo, puede establecerse el contenido de
humedad que presenta éste en cualquier momento, al medir en el campo la tensión con que esa agua
está retenida.
222
a. b.
FIGURA 9.9. a. Tensiómetro con vacuómetro (Irrómetro). b. Detalle del vacuómetro (unidades en centibares).
223
FIGURA 9.10. Efecto teórico de la textura sobre el comportamiento de la curva de retención de humedad del suelo
(Generalizada de Stephens, 1996).
MUESTRA
TENSIÓN
( atm )
Pc
( g )
Pcsh
( g )
Pcss
( g )
Psh
( g )
Pss
( g )
W
(%)
FIGURA 9.11. Formulario para el registro de los resultados correspondientes a la determinación de la curva
característica de humedad del suelo.
6. MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO
Cuando el agua del suelo está en equilibrio, el potencial total en el sistema es constante y, por lo tanto,
no hay ningún movimiento de ella en el suelo. El movimiento de agua en el suelo se da cuando las
condiciones de equilibrio se rompen y se generan diferencias de potencial entre los diferentes puntos del
sistema.
Cuando se presenta flujo de agua en el suelo, el agua se desplaza obedeciendo a gradientes de
potencial total en el mismo: Ella se desplaza desde donde está retenida con un potencial menos negativo
(mayor potencial) hacia donde se presenta un potencial más negativo (menor potencial); cuando el Yt en
los diferentes puntos del suelo se iguala en todos ellos, se suspende el movimiento de agua. Por ejemplo,
si un punto A está ubicado a 70 cm de profundidad en el suelo y tiene una cabeza hidráulica de -0.55 m
y otro punto B, a 120 cm de profundidad tiene una cabeza hidráulica de -0.65 m, el agua en ese suelo
se moverá desde el punto A hacia el punto B, es decir, en el suelo habrá un flujo de agua descendente.
224
FIGURA 9.12. Ollas y plato de presión utilizados en el laboratorio para determinar la curva característica de humedad
del suelo.
El agua en el suelo puede moverse en forma líquida o en forma de vapor, dependiendo de la situación
de humedad que se presente en él: Mientras el suelo no esté saturado ni muy seco, el agua se mueve en
estado líquido y en forma de película, rodeando las partículas sólidas y las paredes de los poros;
cuando se llega a tensiones tan altas como las de P.M.P., se pierde la continuidad en la película de agua
y el flujo se produce en forma de vapor (Kramer, 1974).
Además, el agua líquida puede moverse en el suelo cuando éste presenta diferentes estados de
humedad, generándose flujo saturado o flujo no saturado. Los problemas específicos relacionados
con el flujo de agua en el suelo escapan al alcance de este texto y, por lo tanto, no se tratarán aquí. Sin
embargo, hay dos conceptos básicos relacionados con el movimiento del agua en el suelo que, debido a
la importancia que tienen en el manejo de la humedad edáfica y de cultivos, se analizan a continuación.
Ellos son: La infiltración y la permeabilidad, esta última medida por la conductividad hidráulica.
6.1. INFILTRACIÓN
Es la propiedad que evalúa la velocidad de entrada del agua al suelo. Es un parámetro crítico cuando se
están haciendo diseños de riego, pues ella define cuánto tiempo debe permanecer el agua sobre la
OLLAS
225
superficie del suelo para que haya un adecuado humedecimiento, si se trata de riego superficial, o limita
los caudales de aplicación en sistemas de aspersión.
6.1.1. Factores que afectan la infiltración
La velocidad con la cual pasa el agua del exterior al interior del suelo depende de varios factores como:
q El contenido de humedad que presente el suelo al momento de hacer la evaluación: A mayor
contenido de humedad, menor será la velocidad de infiltración.
q La permeabilidad del suelo: La calidad del arreglo físico del suelo facilita o dificulta el
movimiento de agua dentro de él, aumentando o disminuyendo, respectivamente, la velocidad
con la cual el suelo puede recibir nuevas cantidades de agua.
q La cantidad y tipo de coloides: Si en el suelo hay contenidos considerables de coloides
expansibles, a medida que el suelo se va humedeciendo se va reduciendo el tamaño de los
poros, aumentando la fricción del agua en ellos y por tanto aumentando la dificultad para su
movimiento, lo cual reduce, a su vez, la infiltración.
q El tipo de poros: Si en el suelo predominan los poros finos, la infiltración será baja; éste tipo de
poros puede estar relacionado con texturas finas y/o poco desarrollo estructural, así como con
problemas de compactación.
q La homogeneidad del perfil del suelo: En suelos de perfil homogéneo se presenta una alta
continuidad en el espacio poroso, la cual facilita el movimiento del agua y su infiltración; cuando
hay contrastes texturales y estructurales en el interior del suelo, éstos pueden generar
interrupciones en los poros, o reducciones drásticas en el tamaño de ellos que desaceleran el
flujo del agua y la infiltración.
q Las condiciones superficiales del suelo: La presencia de sellamiento y/o encostramiento
superficial del suelo reduce su infiltración.
q La presencia de materiales hidrofóbicos en el suelo: La velocidad de infiltración se ve menguada
en la medida en que se presenten en el suelo materiales repelentes al agua, como lo han
confirmado varios investigadores, Ritsema et al (1996), por ejemplo, de quienes se presenta la
Figura 9.13 que ilustra dicho comportamiento.
q El tiempo que dure el suministro de agua al suelo, sea por riego o por lluvia.
6.1.2. Determinación de la infiltración del suelo
El método más utilizado para evaluar la infiltración en el suelo es el llamado de los anillos
infiltrómetros; consiste en colocar en el suelo, en forma concéntrica, dos anillos de lámina de hierro
con agua y medir la cantidad de agua que penetra en el suelo por unidad de tiempo, hasta que esa rata
de entrada se vuelva constante.
226
FIGURA 9.13. Cambio en el contenido de humedad en suelos arenosos y limosos, con una succión de –5 cm y con
diferente grado de hidrofobicidad. (Tomada de Ritsema et al, 1996).
Un juego de anillos lo conforman dos unidades, uno de 30 cm y otro de 50 cm de diámetro; los dos
anillos tienen entre 30 y 40 cm de altura; la prueba debe hacerse por triplicado, colocando 3 juegos de
anillos en triángulo, separados 5 m y puede hacerse con cabeza hidráulica constante o variable; Motta et
al (1990) describen el método con cabeza variable de la siguiente manera:
Ø Una vez seleccionado el sitio para la prueba en el campo, se introducen los cilindros verticalmente
en el suelo, de modo que penetren 15 cm en él, tratando de que queden puestos en forma
concéntrica.
Ø Se coloca un plástico en el cilindro interior que pueda admitir una columna de agua de 12 cm de
altura y se coloca ésta cantidad de agua; seguidamente se instala la escala de medida en uno de los
bordes del cilindro, con graduación en cm.
Ø Se coloca agua en el espacio entre el cilindro exterior y el interior y se deja que penetre durante 3
minutos.
227
Ø Al cabo del tiempo estipulado en el punto anterior, se retira el plástico del cilindro interior y se
empieza a contabilizar el tiempo para la prueba.
Ø Al minuto de iniciada la penetración de agua en el cilindro interno, se hace la primera lectura en la
escala para establecer cuánto bajó la lámina de agua.
Ø En adelante, se continúan haciendo lecturas de tiempo y de descenso de la columna de agua en el
cilindro interno, espaciando los intervalos de tiempo a medida que transcurre la prueba y teniendo la
precaución de no dejar que la columna de agua baje de 7 cm; cuando llegue a éste punto, se repone
el agua hasta completar los 12 cm iniciales.
Ø Las lecturas de tiempo y entrada de agua se realizan hasta que el agua entre a una rata más o menos
constante en el suelo (dependiendo del suelo puede tardar hasta más de 4 horas); las mediciones que
se van haciendo se pueden consignar en un formulario como el que se presenta en la Tabla 9.3.
Con la información obtenida se calculan las ecuaciones que caracterizan la infiltración del suelo: La
infiltración instantánea y la infiltración acumulada y se determina la infiltración básica; las
ecuaciones pueden obtenerse de dos maneras:
q Ajustando los resultados de tiempo acumulado y de infiltración instantánea y acumulada a
modelos teóricos de tipo y = axb, por procedimientos estadísticos de regresión, o
q Graficando los mismos resultados en un papel doble logarítmico y ajustándolos visualmente a
una recta; cortando el eje de las ordenadas, se obtiene el valor del intercepto, el cual define la
constante a del modelo teórico y calculando la pendiente de la recta se obtiene el valor de la
constante b del mismo modelo.
La infiltración básica la define Mercado (1989) como aquel valor que adquiere la infiltración
instantánea cuando presenta la tendencia a ser constante; según la definición anterior y lo que se ha
discutido acerca de la infiltración instantánea, si se grafican en escala aritmética el tiempo acumulado vs
la infiltración instantánea, se obtiene una curva de forma hiperbólica, la cual, después de un cierto
tiempo, empieza a ser asintótica al eje de las abscisas; si se proyecta esta línea asintótica hasta cortar el
eje de las ordenadas, se obtiene un valor estimado de la infiltración básica, la cual refleja el movimiento
de agua en el suelo saturado, por lo que puede hacerse igual a la conductividad hidráulica saturada
del mismo.
En la Tabla 9.3, como ejemplo se presentan los resultados obtenidos en una prueba de infiltración
llevada a cabo en un Typic Hapludand del oriente antioqueño (Colombia). La caracterización de la
infiltración de este suelo se realiza por el método de regresión; para el suelo estudiado se obtuvo un
valor de infiltración básica de aproximadamente 7 cm h-1.
Con los resultados de Infiltración, Tiempo Acumulado e Infiltración Acumulada de la Tabla 9.3 se
construye la Figura 9.14, en la cual se aprecia la forma hiperbólica de las curvas que se generan;
además, se puede ver cómo se determina la infiltración básica, utilizando la curva de infiltración vs
tiempo acumulado. Con base en los procedimientos de regresión, se obtuvieron las siguientes
ecuaciones:
228
I = 497.556 t -0.815531 (r = -0.94241) y D = 6.46869 t 0.547998 (r = 0.975452)
Donde: I: Infiltración instantánea: cm h-1.
D: Infiltración acumulada en forma de lámina: cm.
t: Tiempo: min.
TABLA 9.3. Resultados de una prueba de infiltración de un Typic Hapludand medial isomésico del oriente
antioqueño (Colombia). (Resultados de Jaramillo, D. F., 1988, sin publicar).
TIEMPO (min) LECTURAS ESCALA (cm)
HORA
DIFERENCIA ACUMULAD
O
LECTURA DIFERENCIA ACUMULADO
INFILTRACIÓN
(cm h-1)**
3 pm 0 0 51.12 0 0 0
1 1 46.06 5.06 5.06 303.60
1 2 43.29 2.77 7.83 166.20
1 3 41.28 2.01 9.84 120.60
1 4 38.60 2.68 12.52 160.80
1 5 36.64 1.96 14.48 117.60
R* 5 49.47
2 7 44.43 5.04 19.52 151.20
2 9 40.23 4.20 23.72 126.00
2 11 36.49 3.74 27.46 112.20
2 13 33.06 3.43 30.89 102.90
R 13 50.05
2 15 46.89 3.16 34.05 94.80
2 17 43.91 2.98 37.03 89.40
2 19 41.75 2.16 39.19 64.80
2 21 39.95 1.80 40.99 54.00
2 23 38.12 1.83 42.82 54.90
2 25 37.05 1.07 43.89 32.10
2 27 36.13 0.92 44.81 27.60
R 27 50.55
3 30 48.50 2.05 46.86 41.00
3 33 46.90 1.60 48.46 32.00
3 36 45.80 1.10 49.56 22.00
3 39 44.73 1.07 50.63 21.40
3 42 43.78 0.95 51.58 19.00
5 47 42.49 1.29 52.87 15.48
5 52 41.17 1.32 54.19 15.84
5 57 40.15 1.02 55.21 12.24
5 62 39.15 1.00 56.21 12.00
R 62 51.20
10 72 47.99 3.21 59.42 19.26
10 82 45.68 2.31 61.73 13.86
10 92 43.86 1.82 63.55 10.92
10 102 42.36 1.50 65.05 9.00
10 112 41.09 1.32 66.37 7.92
* En éste momento hubo necesidad de recargar de agua el cilindro interno.
229
** Es la infiltración instantánea I =
Diferencia Tiempo
Diferencia LecturaEscala x 60
.
0
100
200
300
0 7 19 33 57
Tiempo (min)
Infiltración instantánea
(cm h-1)
0
10
20
30
40
50
60
Infiltración acumulada
(cm)
Inf. Inst. (cm/h) Inf. Acum. (cm)
FIGURA 9.14. Curvas de infiltración instantánea e infiltración acumulada de un Typic Hapludand medial isomésico
del oriente antioqueño (Colombia). (Con base en los datos de la Tabla 9.3).
Otra manera de evaluar la infiltración de un suelo, aunque de una forma más cualitativa que cuantitativa,
consiste en medir el tiempo que gasta un determinado volumen de agua en entrar completamente en un
volumen de suelo empacado en una columna de vidrio con una densidad aparente específica; a través
del tiempo que dure la prueba, se puede ir midiendo el avance del frente de humedecimiento y al final se
puede graficar este resultado, como se muestra en la Figura 9.15; este método es útil para comparar
suelos con respecto a su infiltración.
Para interpretar los resultados de la infiltración obtenida en un suelo, se puede evaluar la infiltración
básica del mismo con los parámetros que se tienen para evaluar la conductividad hidráulica saturada del
suelo, la cual se presenta en el próximo numeral.
6.2. LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA DEL SUELO
Esta cualidad es la que define las posibilidades que tiene el agua de moverse dentro del suelo; la
propiedad que se mide para evaluar dicha posibilidad se conoce como conductividad hidráulica del
230
suelo y se representa como Ks o simplemente K; por su definición, es una cualidad que se relaciona
estrechamente con el drenaje del suelo.
La conductividad hidráulica del suelo es fuertemente dependiente de su contenido de humedad y puede
disminuir varios órdenes de magnitud al pasar del estado de saturación a punto de marchitez permanente
(Hanks y Ashcroft, 1980). La conductividad hidráulica del suelo es máxima cuando está saturado, pues
todos los poros están llenos con agua y actúan como conductores; además, a mayor tamaño de poros,
mayor es la conductividad, por lo cual es una propiedad que depende fuertemente de la estructura, la
textura y la composición mineralógica de las arcillas.
FIGURA 9.15. Avance del frente de humedecimiento en dos columnas de suelos de diferente grado de humectabilidad
(Adaptada de DeBano, 1971).
6.2.1. Determinación de la conductividad hidráulica saturada
La conductividad hidráulica del suelo se determina, en laboratorio, midiendo el tiempo que gasta en
pasar un volumen determinado de agua a través de una columna de él, saturado con agua; para hacer
esta prueba se utilizan los permeámetros, los cuales pueden ser de cabeza constante (el más común;
ver representación en la Figura 9.16) y de cabeza variable (especial para suelos de baja
permeabilidad).
231
FIGURA 9.16. Representación esquemática de un permeámetro de cabeza constante.
Para llevar a cabo la determinación, lo más recomendable es tomar muestras, sin disturbar, en sentido
vertical y replicadas por lo menos 4 veces; pueden fabricarse los cilindros con tubería de PVC o de
metal, según la dureza del suelo, de 20 a 30 cm de altura y de 10 ó 12 cm de diámetro; se les debe
biselar uno de los bordes para facilitar su penetración en el suelo; a unos 4 ó 5 cm del borde no biselado
hacer dos perforaciones enfrentadas, pegando en ellas un tubito al cual se puedan adherir sendas
mangueras, una para entrada y la otra para salida de agua para poder mantener el nivel del agua
constante; luego, los procedimientos a seguir son:
Ø Tomar las muestras en campo con cilindros que no las disturben, hasta la altura deseada.
Ø En la parte inferior del cilindro se coloca una malla fina y se pone a saturar la muestra.
Ø Se coloca el cilindro con el suelo saturado en un soporte; debajo del cilindro se coloca un recipiente
graduado para recoger el agua que pase a través del suelo; se conecta la manguera que abastecerá el
agua y se empieza a adicionar ésta hasta que se alcance el nivel constante; observar el caudal que se
está aplicando para no sobrepasar el nivel que proveen los orificios en el cilindro.
Ø Cuando se alcance el nivel constante, se empieza a contabilizar el tiempo; a ciertos intervalos de
tiempo, se anota el volumen de agua que se ha recogido; éstas observaciones se hacen hasta que la
velocidad de paso del agua a través de la columna de suelo sea más o menos constante.
Ø Al finalizar las observaciones anteriores, se calcula la conductividad hidráulica mediante la Fórmula
[9.12].
H
L
x
t A
V
Ksat = [9.12]
Donde: Ksat: Conductividad hidráulica saturada: cm h-1.
V: Volumen total de agua que pasó a través del cilindro: cm3.
232
t: Tiempo total empleado en la prueba: min.
A: Área transversal interna del cilindro: cm2.
L: Longitud de la columna de suelo: cm.
H: Longitud de la columna de agua: cm.
Aparte del método descrito anteriormente hay otros, tanto de laboratorio como de campo, los cuales
pueden consultarse en Motta et al (1990) o en textos de Física de Suelos o de Drenajes.
6.2.2. Interpretación de la conductividad hidráulica saturada
Para fines de interpretación de los valores de Ksat que se obtengan, el Soil Suevey Division Staff
(SSDS, 1993) recomienda el uso de los límites críticos que se presentan en la Tabla 9.4. Cabe recordar
que como la infiltración básica del suelo se asimila a la Ksat, la información de la tabla mencionada
también puede utilizarse para interpretar dicha infiltración.
TABLA 9.4. Clases de conductividad hidráulica del suelo saturado. (Tomadas de SSDS, 1993).
RANGO DE VALORES DE Ksat
CLASE
mm m s-1 cm h-1 m día-1
Muy alta > 100 > 36 > 864
Alta 10 – 100 3.6 – 36 86.4 – 864
Moderadamente alta 1 – 10 0.36 – 3.6 8.64 – 86.4
Moderadamente baja 0.1 – 1 0.036 – 0.36 0.864 – 8.64
Baja 0.01 – 0.1 0.0036 – 0.036 0.0864 – 0.864
Muy baja < 0.01 < 0.0036 < 0.0864
RECORDAR
Ø La cantidad de agua que puede acumular un suelo depende directamente de la cantidad y
tipo de coloides que él tenga, así como de su arreglo espacial (estructura).
Ø El agua en el suelo no está en forma libre sino que se encuentra retenida por unas fuerzas
que se conocen como el potencial total del agua del suelo.
Ø El potencial total del agua del suelo tiene diferentes componentes, dependiendo del tipo de
coloides que tenga el suelo: expansivos o no, así como del hecho de estar o no saturado con
agua.
Ø Para la mayoría de las situaciones prácticas, el potencial total del agua del suelo lo
componen los potenciales parciales: mátrico, gravitacional y de presión. También, en la
práctica, en suelos no salinos y no saturados, el potencial mátrico se toma como el potencial
total.
Ø Cada suelo retiene una cantidad específica de agua a un determinado potencial total.
Ø La unidad en que se expresa el potencial es el kilo Pascal – kPa – .
Ø La cantidad de agua disponible para las plantas es la que se encuentra entre capacidad de
campo (-33 kPa) y punto de marchitez permanente (-1500 kPa).
233
Ø La forma más recomendable de expresar el contenido de agua del suelo es el porcentaje
volumétrico.
Ø La curva de humedad del suelo relaciona el potencial total del agua del suelo con su
contenido de humedad.
Ø El agua en el suelo se mueve obedeciendo a diferencia de potencial y va desde donde hay
un potencial menos negativo hacia donde el potencial es más negativo.
Ø La infiltración y la conductividad hidráulica son dos propiedades del suelo relacionadas con
el movimiento del agua.
Ø La infiltración básica puede tomarse igual a la conductividad hidráulica saturada del suelo.
BIBLIOGRAFÍA
BAVER, L. D.; W. H. GARDNER y W. R. GARDNER. 1973. Física de suelos. 1ª. Ed. en español. U.T.E .H.A. México.
529 p.
BOTTCHER, A. B. and L. W. MILLER. 1982. Automatic tensiometer scanner for rapid measurements. Transactions of
the ASAE. 25 (5): 1338-1342.
CAMARGO, A. P. de; F. GROHMANN e M. P. de CAMARGO. 1982. Tensiometro simples de leitura direta. Pesq.
Agropec. Bras. Brasilia 17 (12): 1763-1772.
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roots. In : Crop reactions to water and temperature stresses in humid, temperate climates. Westview Press.
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AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Cuáles factores determinan el contenido de agua de un suelo?.
2. ¿Cuáles potenciales intervienen en la retención del agua del suelo?.
3. ¿Cuáles son los componentes más importantes del potencial total del agua del suelo en los suelos
agrícolas normales?.
4. ¿Cuál es la unidad recomendada para expresar el potencial total del agua del suelo?.
5. Las unidades de medida del potencial total del agua del suelo son negativas. ¿A qué se debe ésto?.
6. ¿Qué es un piezómetro? ¿Cuál potencial se puede medir con él?.
7. ¿Qué es un tensiómetro?. Describa uno. ¿Cómo se usa para medir directamente el potencial mátrico
del suelo?.
8. ¿Qué es la curva característica de humedad del suelo?.
9. ¿Cómo se definen capacidad de campo, punto de marchitez permanente, coeficiente higroscópico y
agua aprovechable del suelo?.
10. ¿Por qué las determinaciones del contenido de humedad del suelo se deben hacer con base en el suelo
seco al horno?.
11. Dos suelos que se coloquen a igual Yt, deben tener el mismo contenido de humedad volumétrica.
Comente esta afirmación.
12. ¿Qué se requiere para que se presente movimiento de agua en el suelo?. ¿En qué dirección se produce
ese movimiento?.
13. Expresar los siguientes valores de tensión de humedad en las unidades equivalentes indicadas:
TENSIÓN DE HUMEDAD EN
atm Mbar cm de agua kPa
1/10
235
1/3
5
10
15
14. ¿Cuál es la diferencia entre infiltración y permeabilidad?.
15. Diga 5 factores que afectan la infiltración.
16. ¿Qué es infiltración básica?. ¿Cómo se determina?.
17. ¿Para qué condiciones de permeabilidad de suelos es recomendable usar el permeámetro de cabeza
variable?. Diga el nombre de un orden taxonómico de suelo donde se tenga una alta probabilidad de
tener que utilizar este permeámetro.
EVALUACIÓN
1. Con los datos del problema Nº 6 de la evaluación del Capítulo 8, calcular:
a. Contenido de humedad gravimétrica. (R: 21.0779 %).
b. Contenido de humedad volumétrica. (R: 28.744 %).
c. Saturación de humedad. (R: 60.6167 %).
2. Para el horizonte A (20 cm) de un suelo con densidad aparente de 1.2 Mg m-3, se obtuvieron los
siguientes contenidos de agua gravimétrica para elaborar su curva característica de humedad:
TENSIÓN ( atm ) HUMEDAD ( % )
0.1 31.3
0.3 27.6
5.0 16.5
10.0 10.5
15.0 8.8
Con los resultados anteriores se pide:
a. Expresar los contenidos de humedad en términos volumétricos.
b. Determinar el porcentaje de humedad gravimétrica aprovechable para las plantas. (R: 18.8 %).
c. Calcular la lámina de agua aprovechable del horizonte. (R: 45.12 mm).
d. ¿Cuántos m3 ha-1 de agua aprovechable tiene el horizonte?. (R: 451.2 m3).
e. Hacer la gráfica de la curva característica de humedad del suelo y determinar ¿qué porcentaje de
humedad gravimétrica tendrá el horizonte cuando el agua esté retenida a una tensión de 8 atm?.
(R: 12.3 % ).
3. Un suelo tiene una densidad aparente de 1.32 Mg m-3 hasta 20 cm de profundidad y de 1.52 Mg m-3
entre 20 y 60 cm; el contenido de humedad es de 0.12 g de agua (g de suelo)-1 en los primeros 20 cm
y de 0.10 g de agua (g de suelo)-1 entre 20 y 60 cm; la capacidad de campo para cada una de las
profundidades estudiadas es de 0.20 y 0.18, como w, respectivamente.
a. ¿Cuánta es la humedad total del suelo, en cm?. (R: 9.248 cm).
b. ¿Cuánta es la humedad volumétrica en cada horizonte del suelo después de un aguacero de 80
mm?. (R: 0-20 cm: 0.264; 20-60 cm: 0.2736).
4. Se tiene un lote cultivado de 12 ha y se riega con un gasto de 98.5 L s-1, durante 48 horas. ¿Cuánta
lámina de agua fue aplicada a este suelo?. (R: 14.184 cm).
5. El suelo del punto anterior, después de regado quedó con una humedad gravimétrica de 0.25 y después
de 5 días esta humedad bajó al 0.18; si la densidad aparente del suelo es de 1.3 Mg m-3, ¿cuál es el
valor de la lámina media evapotranspirada diariamente en ese suelo?. (R: 7.943 mm día-1).
6. El suelo de una parcela de 10 ha presenta las siguientes características en sus dos primeros horizontes:
a. 0-20 cm: Da = 1.4 Mg m-3 Capacidad de campo (como w) = 17 %.
b. 20-80 cm: Da = 1.6 Mg m-3 Capacidad de campo (como w) = 13 %.
236
Si se riega este suelo uniformemente con un gasto de 28 L s-1 durante 40 horas, ¿hasta qué
profundidad se humedecerá este suelo, sabiendo que ambos horizontes tenían una humedad inicial (w)
igual de 0.10?. (R: 63.1667 cm).
7. Con los datos del problema 1 de la evaluación del Capítulo 11, calcular ¿Cuántos m3 de agua
aprovechable por hectárea almacena el suelo completo?. (R: 1686.5 m3 de agua ha-1).
8. Graficar en papel doble logarítmico los resultados de la Tabla 9.3 y definir de la gráfica el valor de
los parámetros a y b de la ecuación de infiltración; compararlos con los obtenidos por regresión.
9. Repetir el balance que se presenta en la Tabla 9.1, pero cambiando la ubicación del nivel de
referencia, primero a la superficie del suelo y, segundo, al nivel freático.
10. Se quiere medir el potencial mátrico de un suelo a 40 cm de profundidad y se tiene un tensiómetro
que mide 80 cm desde el centro de la copa porosa hasta el nivel de mercurio. ¿A qué altura de este
nivel se debe colocar el cero de la escala de medida del tensiómetro para hacer la determinación
requerida?. (R: 6.35 cm).
LA CONSISTENCIA DEL SUELO
CAPÍTULO 10
CONTENIDO
v Estados de consistencia del suelo
§ Estado coherente
§ Estado de friabilidad o fragilidad
·  Límite de soltura
·  Límite inferior de plasticidad
§ Estado plástico
§ Estado de fluidez
v Compactación
v Encostramiento superficial
v Cementación
v Expansión y contracción
v Evaluación de la consistencia del suelo
§ Resistencia a la penetración
§ Resistencia a la ruptura
§ Cambios de estado
·  Determinación en el campo
·  Determinaciones en el laboratorio
§ Expansión y contracción
v Interpretación
OBJETIVOS
v Conocer la consistencia del suelo y los estados que ella genera en él
v Conocer algunos índices de consistencia relacionados con el manejo físico del
suelo y aprender a determinarlos en el campo y/o en el laboratorio
237
a consistencia es la propiedad que define la resistencia del suelo a ser deformado por
las fuerzas que se aplican sobre él. La deformación puede manifestarse, según Hillel
(1998), como ruptura, fragmentación o flujo de los materiales del suelo y depende,
directamente, de los contenidos de humedad y de materia orgánica del suelo, así como de su
contenido y tipo de arcilla. Además, como un componente importante de esta resistencia hay que
considerar la estabilidad estructural.
La consistencia se ha manejado tradicionalmente como una propiedad mecánica del suelo y en
este sentido ha tenido su máxima aplicación en la Ingeniería Civil. Sin embargo, desde el punto
de vista agronómico, esta propiedad está íntimamente relacionada con el laboreo del suelo y, por
ende, sobre sus efectos en él como la compactación, el encostramiento superficial y la
reducción del espacio vacío disponible para el desarrollo de las raíces. Estos aspectos también
pueden considerarse manifestaciones de la deformación del suelo, en adición a las consideradas
por Hillel (1998) expuestas en el primer párrafo.
De acuerdo con el contenido de humedad, el suelo presenta varios estados de consistencia, los
cuales le dan ciertas propiedades especiales que definen su comportamiento mecánico; estos
estados reflejan la relación en que se encuentran las fuerzas de cohesión (atracción entre
partículas o moléculas de la misma sustancia) y de adhesión (atracción entre sustancias o
partículas heterogéneas) en el suelo.
1. ESTADOS DE CONSISTENCIA DEL SUELO
Como se mencionó anteriormente, estos estados dependen del contenido de humedad del suelo.
En la Figura 10.1 se representa gráficamente la variación de las fuerzas de cohesión y de
adhesión, con respecto al incremento de la humedad en el suelo, indicándose los diferentes
estados de consistencia que se producen, así como los índices que los definen.
En la Figura 10.1 se puede observar como a medida que se incrementa el contenido de humedad
del suelo, van cambiando las fuerzas que determinan su comportamiento mecánico, lo cual se
manifiesta en las propiedades que va adquiriendo el suelo en sus diferentes estados de
consistencia.
1.1. ESTADO COHERENTE
Se presenta cuando el suelo está seco, manifestándose por una extrema dureza de los terrones del
suelo (suelo cohesivo), cuando este no es arenoso, o por partículas sueltas, en suelos arenosos
(suelo no cohesivo). En la mayoría de los suelos agrícolas, cuando se someten a laboreo en este
estado de consistencia, se presenta aterronamiento grueso; hay partición y disgregación mecánica
de partículas, formándose grandes nubes de polvo; en este estado no es posible volver a unir
terrones de suelo entre sí, después de haberlos separado por ruptura de otros de mayor tamaño.
En la Figura 10.1 se observa que el estado coherente está determinado por las fuerzas de cohesión
del suelo y que se extiende hasta el contenido de humedad en el cual empiezan a desarrollarse las
fuerzas de adhesión en él.
L
238
FIGURA 10.1. Efecto de la humedad en la consistencia del suelo (comp lementado de Mejía, 1980).
1.2. ESTADO DE FRIABILIDAD O DE FRAGILIDAD
Se presenta al aumentar el contenido de humedad del suelo hasta sobrepasar los límites del estado
coherente, pero sin que se acumule tanta agua que las películas de ella que rodean las partículas
sólidas creen fuerzas de adhesión dominantes en el sistema.
En este estado el suelo es blando, se disgrega fácilmente sin pulverizarse y en él se presenta el
rango de humedad óptimo para el laboreo, ya que se produce la menor alteración de la
estructura. En los suelos agrícolas, dentro del estado de friabilidad, se presentan dos índices de
consistencia importantes para su manejo:
1.2.1. Límite de Soltura (LS)
Llamado también límite de glutinosidad, límite de pegajosidad o punto de detersión (Baver et
al, 1973), representa el contenido máximo de humedad que presenta un suelo, sin que se adhiera a
cuerpos extraños; este es el punto óptimo de labranza.
239
1.2.2. Límite Inferior de Plasticidad o Límite Plástico (LIP)
Es el contenido de humedad en el cual, las fuerzas de cohesión y adhesión se igualan.
Normalmente el valor de este límite es ligeramente mayor que el valor del límite de soltura y es
el límite máximo de humedad que debe tener el suelo para ser sometido a laboreo con bajo riesgo
de deterioro físico.
1.3. ESTADO PLÁSTICO
Es el rango de humedad del suelo en el cual se deja moldear y conserva las deformaciones que le
ocasionan fuerzas extrañas. Como se ve en la Figura 10.1, está comprendido entre el límite
inferior de plasticidad (LIP) y el límite superior de plasticidad (LSP) o límite líquido (LL) y es el
rango en el cual se presentan las mayores fuerzas de adhesión.
El Límite Líquido se define como el contenido mínimo de humedad del suelo, en el cual éste
empieza a comportarse como un fluido, es decir, a deformarse bajo su propio peso.
En el estado plástico, el suelo no se pulveriza cuando es sometido a laboreo y, a medida que
aumente la humedad, será mayor el riesgo de compactación y se incrementarán los
requerimientos de potencia para el laboreo.
1.4. ESTADO DE FLUIDEZ
Se presenta cuando el suelo sobrepasa el contenido de humedad del límite líquido y empieza a
fluir por su propio peso. En este estado se presenta saturación de humedad y el laboreo se hace
prácticamente imposible, salvo casos especiales de cultivo y máquinas, como en el caso de
fangueo en el cultivo de arroz bajo inundación.
2. COMPACTACIÓN
Según Hillel (1998), un suelo se considera compactado cuando su macroporosidad es tan baja que
restringe la aireación. El suelo se encuentra tan finamente empaquetado y el tamaño de sus poros
es tan fino que se impiden la penetración de las raíces, la infiltración y el drenaje. La
compactación también reduce el volumen y la continuidad de los macroporos con lo cual se
reduce la conductividad de aire y de agua.
La compactación, según Montenegro y Malagón (1990) se produce principalmente al someter el
suelo muy húmedo a laboreo y es mayor en aquellos suelos que tienen bajo contenido de materia
orgánica, que están mal drenados o que presentan una alta variedad de tamaños de partículas.
El laboreo del suelo en condiciones inadecuadas de humedad, realizado a la misma profundidad
durante períodos de tiempo relativamente largos, va generando una zona de compactación en el
fondo del surco de la labor por donde va rodando el implemento de labranza. Al cabo de cierto
tiempo se expresa un horizonte completamente compactado que se conoce como piso de arado o
pie de arado.
240
También, el pastoreo de ganado vacuno en condiciones de humedad inadecuadas o con una
intensidad mayor a la aceptable para el suelo puede causar compactación aunque, en este caso, no
es común la presencia de capas o de horizontes compactados continuos. Una manifestación muy
frecuente de este fenómeno es la microtopografía conocida como pista de pata de vaca.
Las capas u horizontes compactados se pueden formar también por procesos naturales como en el
caso de la formación de los “claypan” que son capas u horizontes subsuperficiales compactados,
con alto contenido de arcilla. Estos claypanes se pueden originar como capas sedimentarias, en
depósitos aluviales o como horizontes iluviales de arcilla (algunos horizontes nátricos, ver
Capítulo 20). En todos los casos, el desarrollo estructural es pobre y la mayor parte de la arcilla
se encuentra dispersa (Hillel, 1998; Soil Survey Staff, SSS, 1999). El SSS (1999) le da el nombre
genérico de materiales densos a todos los materiales que se encuentran compactados en el suelo.
3. ENCOSTRAMIENTO SUPERFICIAL
Otra manifestación de alteración importante del medio físico del suelo, que se observa por
cambios en la consistencia del mismo, es la formación de costras en su superficie (ver Figura
14.4).
El encostramiento superficial del suelo es un proceso que comprende el desprendimiento, el
transporte y la acumulación de partículas finas del suelo por acción del agua que le llega desde
cierta altura, como lluvia o como riego por aspersión, formando capas delgadas y superficiales de
material. Según Porta et al (1994), las acciones mencionadas conllevan el relleno de los poros y
el secado del suelo consolida la costra.
Según Montenegro y Malagón (1990), la formación de costras es frecuente en aquellos suelos que
tienen bajo grado de estructuración y baja estabilidad estructural. Las costras limitan la
emergencia de plántulas, aumentan la escorrentía y reducen el intercambio gaseoso en el suelo.
Para controlar la formación de costras superficiales en el suelo Porta et al (1994) recomiendan
tener precauciones especiales con el riego, si hay que hacerlo: se debe evitar la caída de gotas de
agua desde alturas considerables (superiores a los 2 m en Andisoles muy deteriorados), se debe
evitar la formación de gotas grandes y debe evitarse el secado del suelo. Una alternativa de
manejo del riego propuesta por los autores citados es la utilización de riegos de baja intensidad,
con alta frecuencia y con tamaño de gota pequeño, para lo que sugieren el uso de nebulizadores
como solución ideal. También ayuda el uso del mulch (ver Capítulo 17).
4. CEMENTACIÓN
Aunque muy similar en sus efectos físicos a la compactación, se diferencia de ésta en que la
pérdida de espacio poroso en la cementación se debe a la unión de partículas mediante sustancias
químicas que se ubican a su alrededor y que llegan a formar una fase casi continua con los
sólidos del suelo.
En este caso se genera una consistencia dura en el suelo, a veces quebradiza, cuyas propiedades
dependen mucho del tipo de sustancia que actúa como cementante. Según Montenegro y
Malagón (1990), en esta situación en particular, la arcilla no se considera como cementante.
241
Teniendo en cuenta el tipo de cementante que está actuando, el SSS (1999) define los siguientes
horizontes diagnósticos para la clasificación taxonómica de los suelos (ver Capítulo 20):
q Duripán: Horizonte cementado por sílice, tiene consistencia firme o más fuerte en
húmedo y puede llegar a ser friable después de un humedecimiento prolongado.
q Fragipán: Similar al anterior pero friable en húmedo, aunque es duro o muy duro en seco.
q Petrocálcico: Horizonte cementado por carbonato de calcio y por otros carbonatos.
q Petrogypsico: Horizonte cementado por yeso.
q Plácico: Horizonte cementado por Fe y/o Mn, con materia orgánica.
q Orstein: Horizonte de materiales espódicos cementado con materia orgánica y Al.
5. EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN
Cuando en la fracción de tamaño arcilla del suelo hay una cantidad alta de minerales expansibles,
el suelo mismo adquiere esta propiedad y la manifiesta con los cambios de humedad que sufre: a
medida que el suelo recibe agua se va expandiendo y, cuando se va secando, se va contrayendo,
reduciendo el volumen ocupado por sus sólidos y formando grietas.
Aunque esta característica es un limitante muy fuerte para utilizar el suelo como soporte de obras
civiles y sanitarias, en agricultura también tiene sus efectos nocivos:
q El agua disponible para las plantas se presenta a unos niveles de humedad muy altos en el
suelo, lo que implica, en zonas con suelos bajo riego, que se deben hacer aportes altos de
agua para suplir las necesidades de las plantas con el consiguiente incremento en los
costos de producción.
q Los niveles óptimos de laboreo son altos y se requieren equipos con alta potencia para
llevarlo a cabo.
q El suelo mojado es muy pegajoso y seco es duro.
q El suelo tiene muy baja permeabilidad: es muy susceptible a encharcamiento y a
problemas de mal drenaje y de acumulación de sales y de Na.
q Se presenta una alta incidencia de daño mecánico y muerte en las raíces por efecto de la
trituración a que son sometidas cuando el suelo se seca.
Las propiedades mencionadas en el párrafo anterior son típicas de los suelos del orden Vertisol
(ver Capítulo 20) pero no exclusivas de ellos; en muchos otros órdenes se encuentran suelos que
no cumplen estrictamente con las características de los Vertisoles pero que tienen los minerales
expansibles en cantidades suficientes como para expresar expansibilidad: éstos suelos son los
intergrados vérticos.
Además, en los Andisoles e intergrados ándicos es frecuente encontrar que se presenta
expansibilidad considerable y agrietamiento al secarse, aunque en este caso no es debida a la
presencia de minerales silicatados expansivos, sino a cambios irreversibles en la organización de
los materiales no cristalinos que componen buena parte de la mineralogía de estos suelos
(Nanzyo et al, 1993; Warkentin, 1992 y Maeda y Soma, 1992). Abril y Ortiz (1996) encontraron
valores promedios, entre 82 determinaciones, de 34.67% de porcentaje de contracción absoluto
(con base en suelo seco al horno) en Andisoles del oriente antioqueño, con rango de variación
entre 9.8 y 53.64%. Como se observa en los valores anteriores, estos suelos tienen una gran
capacidad de retracción con el secado.
242
6. EVALUACIÓN DE LA CONSISTENCIA DEL SUELO
Según Montenegro y Malagón (1990), evaluar la consistencia de un suelo es establecer su
resistencia a la penetración, su resistencia a la ruptura y determinar los contenidos de humedad
que lo hacen cambiar de estado. Por lo que se ha discutido en párrafos anteriores, debe
adicionarse, además, la evaluación de la expansibilidad que tenga el suelo. Las unidades más
adecuadas para definir las resistencias a la penetración y a la ruptura son bar o kPa, aunque
tradicionalmente se usan con frecuencia kg cm-2 y PSI (lb in-2: libras por pulgada cuadrada).
6.1. RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN
Esta propiedad se determina en campo y sobre suelo sin disturbar, con unos implementos
llamados penetrómetros, los cuales miden la fuerza que se debe hacer sobre el instrumento para
introducir su punta en el suelo hasta una determinada profundidad. Hay penetrómetros de bolsillo
(ver Figura 10.2) y de mayor tamaño como el penetrómetro de cono, aunque el de bolsillo es más
utilizado por la facilidad para transportarlo.
FIGURA 10.2. Penetrómetro de bolsillo.
Esta prueba, hecha en la superficie del suelo, estima la resistencia que éste opone a la emergencia
de las plántulas y, midiendo la resistencia a su penetración en forma continua a lo largo del perfil
del suelo, se puede detectar la presencia de horizontes compactados o cementados en él.
243
Obando (2000), haciendo determinaciones de resistencia a la penetración con un penetrómetro
electrónico a intervalos de 3.5 cm hasta una profundidad de 52 cm, detectó encostramiento
superficial y un piso de arado a 25 cm de profundidad en un Entic Dystropept cultivado con
maíz-soya en la llanura aluvial del río Ariari, llanos orientales de Colombia. También, en la
misma región y con la misma metodología, detectó pisos de arado a 18 y a 30 cm de profundidad
en varios suelos Aquic Dystropepts, con diferencias en textura, pero sometidos a una
mecanización intensa para cultivos de maíz o de maíz-arroz, durante más de 20 años.
La determinación de la resistencia a la penetración con el fin de estimar si hay restricción para el
crecimiento radicular, debe hacerse, según el Soil Survey Division Staff (SSDS, 1993), en suelo
húmedo. Para determinar la resistencia a la penetración con el penetrómetro de bolsillo se
procede de la siguiente manera:
Ø Se selecciona un sitio que sea representativo de las condiciones estructurales del suelo que se
evalúa para hacer la determinación.
Ø Se coloca en cero (0) el anillo de calibración.
Ø Se coloca la punta de la aguja perpendicular a la superficie sobre la cual se trabaja.
Ø Se empuja firme y uniformemente el penetrómetro en el suelo hasta que la aguja llegue a la
marca indicadora que posee.
Ø Se lee el valor indicado por el anillo de calibración en la escala de medida; éste es el valor de
la resistencia del suelo a la penetración, en kg cm-2.
6.2. RESISTENCIA A LA RUPTURA
Con esta prueba se trata de establecer la resistencia que opone un suelo seco y remoldeado en una
figura geométrica definida, a ser partido por la fuerza que se le aplica en una de sus caras. El
método para llevar a cabo esta determinación es el del módulo de ruptura, diseñado por
Richards (1953) para evaluar la resistencia que oponían las costras superficiales a la emergencia
de las plántulas.
Tanto los procedimientos como el equipo para llevarlos a cabo fueron diseñados por el autor
citado en el párrafo anterior y se encuentran descritos en Laboratorio de Salinidad (1974) y en
Motta et al (1990). Esta determinación se hace con un dispositivo especial de 2 cuchillas
inferiores, separadas 5 cm, y una tercera cuchilla superior, todas paralelas y alineadas, entre las
cuales se coloca la muestra del suelo remoldeando en un molde rectangular montado en una
balanza de brazo (ver Figura 10.3).
También puede establecerse el módulo de ruptura con un equipo para medir compresión no
confinada del suelo, con ayuda de una prensa o de un gato hidráulico o con un dispositivo como
el que se muestra en la Figura 10.4 en el cual el dial de un penetrómetro de cono se ha montado
en un soporte especial para presionar el suelo1. En estas últimas variantes el suelo es remoldeando
en un cilindro como los que se utilizan para la determinación de la densidad aparente y, en todos
1 Adaptación hecha por Zapata, R. (1999). Profesor Universidad Nacional de Colombia. Medellín.
244
los casos, se trabaja con suelo tamizado a 2 mm, saturado con agua en los moldes y secado en el
horno a 50ºC hasta peso constante o al aire durante 8 días.
FIGURA 10.3. Representación de la disposición de los materiales utilizados para determinar el módulo de ruptura
del suelo por el método de Richards.
FIGURA 10.4. Equipo para determinar módulo de ruptura, adaptado con el dial de un penetrómetro de cono.
245
Según Porta et al (1994) el módulo de ruptura también es un indicador del grado de
estructuración que tiene el suelo, ya que su valor depende de la cantidad de arcilla dispersable y
del grado de dispersión que él posea.
Mediante la utilización de una prensa hidráulica, Rivera y Gómez (1991) determinaron la
resistencia a la ruptura en algunos suelos de la zona cafetera colombiana, a 10 cm de
profundidad, encontrando valores entre 0.06 y 4.15 kg cm-2 en Andisoles (Dystrandepts) y entre
0.66 y 13.42 kg cm-2 en Mollisoles (Argiudolls). Jaramillo (1990, sin publicar), con este mismo
método encontró una resistencia a la ruptura de 44.19 kg cm-2 para un Haplustalf del Valle del
Cauca.
Rivera y Gómez (1991) encontraron, en los suelos que trabajaron en la zona cafetera colombiana,
coeficientes de correlación significativos estadísticamente, al nivel del 99%, entre la resistencia a
la ruptura y el contenido de materia orgánica, la densidad aparente, la permeabilidad
(conductividad hidráulica saturada), el contenido de arena, el contenido de arcilla, el contenido de
arena mas limo y el contenido de limo mas arcilla. El coeficiente de correlación fue positivo con
la densidad aparente, con el contenido de arcilla y con el contenido de limo mas arcilla y con las
demás variables fue negativo.
Para determinar la resistencia a la ruptura, utilizando una prensa hidráulica para medir el módulo
de ruptura, se ha utilizado el siguiente método (González, 1990):
Ø Se tamiza el suelo a 2 mm y se amasa mojado; se rellena un cilindro metálico, con la pasta
formada y se deja secar al aire durante 8 días a la sombra.
Ø Una vez que el suelo está seco se retira del cilindro y se le determina su diámetro.
Ø Se coloca el cilindro de suelo sobre la plataforma de la prensa, en forma vertical.
Ø Se ejerce presión sobre el cilindro de suelo hasta que este se fracture por algún lado y cuando
esto pase se registra el valor que marcaba el manómetro de la prensa: éste es el módulo de
ruptura del suelo.
Ø Se calcula la resistencia a la ruptura del suelo con la Fórmula [10.1].
La fórmula a utilizar es:
A
S x c
F = [10.1]
Donde: F: Resistencia a la ruptura: kg cm-2.
S: Módulo de ruptura: kg cm-2.
c: Constante del equipo: cm-2.
A: Área de la base del cilindro: cm-2.
246
6.3. CAMBIOS DE ESTADO
La evaluación de esta característica de la consistencia del suelo puede llevarse a cabo en forma
cualitativa, en el campo, o puede ser realizada cuantitativamente estableciendo los Límites de
Atterberg en el laboratorio
6.3.1. Determinación en el campo
En el campo, la consistencia del suelo se evalúa estableciendo la resistencia que opone éste a ser
desmenuzado, tanto en estado seco como en estado húmedo; además, se comprueban su
pegajosidad y plasticidad, en mojado.
En seco, la consistencia se define en términos relativos de dureza, desde blanda hasta
extremadamente dura; en húmedo, en términos de friabilidad y firmeza y en mojado, en
términos de pegajosidad (no pegajoso a muy pegajoso) y de plasticidad (no plástico a muy
plástico), como se muestra en el Tabla 10.1, elaborada con base en recomendaciones del SSDS
(1993).
TABLA 10.1. Calificación de la consistencia del suelo en el campo, según SSDS (1993).
CONSISTENCIA DEL SUELO EN ESTADO
Seco Húmedo Mojado
Suelta Suelta Pegajosidad Plasticidad
Blanda Muy friable No pegajoso No plástico
Ligeramente dura Friable Ligeramente pegajoso Ligeramente plástico
Dura Muy firme Moderadamente pegajoso Moderadamente plástico
Muy dura Extremadamente firme Muy pegajoso Muy plástico
Extremadamente dura
6.3.2. Determinaciones en el laboratorio
Con los límites de Atterberg se mide el contenido de humedad característico de los límites
superior e inferior de plasticidad y del límite de soltura; los métodos estandarizados para llevar a
cabo estas determinaciones se describen a continuación, adaptados de Motta et al (1990) los dos
primeros y tomado de Jaramillo y Gómez (1986) el del límite de soltura. Los procedimientos son
los siguientes:
6.3.2.1. Determinación del Límite Superior de Plasticidad
Ø Se toma una muestra de suelo de aproximadamente 100 g y se coloca en un recipiente
adecuado (beaker grande, por ejemplo).
Ø Se añade agua hasta llevar la muestra por encima de su límite plástico (que forme una pasta).
Ø Se toma una porción de la pasta y se coloca en la taza del equipo de Casagrande (Ver Figura
10.5).
Ø Se enrasa con una espátula la pasta en la taza, de modo que su espesor máximo sea de 1 cm.
Ø Se hace una zanja en la pasta por el centro, con la espátula especial provista para el efecto.
247
Ø Se enciende el motor y se deja golpear la taza hasta que los bordes inferiores de la pasta se
unan nuevamente y se cuentan los impactos necesarios para lograrlo. Si el equipo no tiene
motor, se le dan vueltas al álabe (manivela), a un ritmo de 2 por segundo, hasta que se una la
pasta y se cuentan las vueltas que se necesitaron para lograrlo.
Ø Cuando se llegue a producir la unión, se determina la humedad de la pasta por el método
gravimétrico, según la Fórmula [9.7].
Ø Se repite el procedimiento, sin adicionar más agua, otras cuatro veces y se grafican los
resultados en papel semilogarítmico, colocando en la escala logarítmica, el número de golpes
y en la aritmética el % de humedad.
Ø De la gráfica se determina el % de humedad correspondiente a 25 golpes y éste es el límite
superior de plasticidad o límite líquido del suelo analizado.
Ø Los resultados obtenidos se van registrando en un formulario como el de la Figura 10.6.
FIGURA 10.5. Cazuela de Casagrande para determinar el Límite Superior de Plasticidad (LSP).
248
PUNTO
NÚMERO
NÚMERO DE
GOLPES
Pc ( g ) Pcsh ( g ) Psh ( g ) Pcss ( g ) Pss ( g )
W
( % )
1
2
3
4
5
LSP 25
FIGURA 10.6. Formulario para el registro de los resultados obtenidos en la determinación del Límite Superior de
Plasticidad del suelo.
6.3.2.2. Determinación del Límite Inferior de Plasticidad
Ø Se toma una muestra de 5 a 10 g de suelo seco al aire y se humedece, sin saturarla.
Ø Se coloca la muestra sobre una placa de vidrio o de metal y se desliza con la mano, hasta
formar un rollo de unos 3 mm de diámetro.
Ø Cada que se forme el rollo de las dimensiones mencionadas, se unen sus puntas para formar un
anillo.
Ø Si el rollo, al formar el anillo no se rompe se repite el procedimiento desde el principio.
Ø Cuando el rollo al formar el anillo se rompa, se determina la humedad de la muestra por el
método gravimétrico, como se indicó en el numeral anterior. Éste es el límite plástico del
suelo analizado.
6.3.2.3. Determinación del Límite de Soltura
Ø Se toma una muestra de unos 15 g de suelo y se coloca en una caja metálica.
Ø Se le agrega agua hasta que se vuelva plástica.
Ø Se empareja la mezcla anterior, se introduce en un extremo una espátula y se desliza a través
de la muestra cortándola.
Ø Se retira la espátula por el otro extremo de la muestra y se observa si sale suelo adherido a
ella.
Ø Si sale suelo adherido, se adiciona un poco más de suelo seco a la mezcla y se repite el
procedimiento hasta que la espátula salga limpia.
Ø Cuando la espátula salga limpia, se determina gravimétricamente el contenido de humedad de
la muestra como se ha indicado. Éste será su límite de soltura, o sea, la humedad a la cual debe
ser sometido a laboreo el suelo que se analizó.
Ø En la Figura 10.7 se presenta un formulario en el cual pueden registrarse los resultados
obtenidos, tanto para el límite inferior de plasticidad como para el límite de soltura del suelo.
Con base en los límites superior e inferior de plasticidad se genera un índice que es ampliamente
utilizado como parámetro de evaluación de suelos para aplicaciones en ingeniería llamado Índice
249
de Plasticidad, el cual establece el rango de humedad en el cual el suelo es plástico y se calcula
con la siguiente relación:
I P = LSP - LIP [10.2]
Donde: IP: Índice de Plasticidad: %.
LSP: Límite Superior de Plasticidad: %.
LIP: Límite Inferior de Plasticidad: %.
MUESTRA
CÓDIGO
Pc
( g )
Pcsh
( g )
Psh
( g )
Pcss
( g )
Pss
( g )
W
( % )
FIGURA 10.7. Formulario para registrar los resultados obtenidos en la determinación del Límite Inferior de
Plasticidad y del Límite de Soltura del suelo.
6.4. EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN
La capacidad que tiene un suelo de expandirse y de contraerse obedeciendo a cambios de
humedad se evalúa determinando el coeficiente de extensibilidad lineal o COLE (SSS, 1999). El
Soil Survey Laboratory (1996) advierte que el concepto de COLE no se aplica a suelos que
presenten contracción irreversible como en algunos Andisoles y suelos orgánicos. El método
utilizado en dicho laboratorio, para determinar el COLE en suelos que no tienen fragmentos de
roca, consiste en evaluar la densidad aparente del suelo a capacidad de campo y seco al horno y
luego calcular el COLE con la siguiente relación:
3 1
1
= -
Da cc
Da ss
COLE [10.3]
Donde: Da cc: Densidad aparente del suelo a capacidad de campo: Mg m-3.
Da ss: Densidad aparente del suelo seco al horno: Mg m-3.
El COLE se expresa en cm cm-1. El SSS (1999) propone el siguiente método alternativo para
estimar el COLE con medidas lineales:
250
Ø Se hace una pasta con el suelo a capacidad de campo.
Ø Se rellena una jeringa plástica, a la cual se le ha cortado la punta donde se coloca la aguja,
con el suelo preparado en el punto anterior (Motta et al, 1990).
Ø Con el émbolo de la jeringa se saca el rollo de suelo formado y se le mide la longitud (Lcc).
Ø Se pone a secar el rollo de suelo al horno, a 105ºC, hasta peso constante, se retira del horno y
se mide nuevamente su longitud (Lss).
Ø Se calcula el COLE con la Fórmula [10.4].
L ss
Lcc L ss
COLE
-
= [10.4]
El método lineal subestima bastante el valor del COLE por lo que, siempre que sea posible, debe
utilizarse el método que tiene como base las densidades. Con el valor del COLE se han propuesto
dos estimaciones:
q El SSS (1999) propone calcular la extensibilidad lineal (EL) para predecir el potencial
de expansión y de contracción que tiene un horizonte (Elh) o todo el suelo (Els). Se
calcula de la siguiente manera:
ELh = COLE x h [10.5]
Donde h es el espesor del horizonte en cm. Sumando los EL de cada uno de los horizontes
que componen el suelo (ELhi) se obtiene el EL total del mismo (ELs), mediante la
siguiente fórmula:
å=
=
n
i
i ELs ELh
1
[10.6]
q González (1990) referencia una propuesta de Franzmeier y Ross (1968) para calcular el
cambio de volumen del suelo (Vn) con la fórmula:
Vn = [(1+ COLE )3 - 1 ] x 100 [10.7]
7. INTERPRETACIÓN
Desde el punto de vista agrícola, el índice más importante es el límite de soltura, ya que es el
que define el estado óptimo de humedad del suelo para que sea sometido a laboreo, con el menor
perjuicio de su estructura y con la mayor eficiencia de la labor. Aunque no hay un valor crítico
específico para el este límite, dicho valor será menor en la medida en que el suelo presente una
textura más gruesa y/o un menor contenido de materia orgánica.
251
Según Forsythe (1975), lo ideal es que el suelo presente una capacidad de campo menor que el
límite de soltura, pero, en caso de que sea mayor, la diferencia entre estas dos humedades debe
ser mínima, ya que ésto implica un secamiento más rápido del suelo hasta el límite de soltura,
después de un aguacero o de un riego.
Con respecto a la interpretación de los valores obtenidos para la resistencia a la ruptura se han
propuesto las clases de módulo de ruptura que se presentan en la Tabla 10.2.
TABLA 10.2. Interpretación de los valores del módulo de ruptura del suelo (Tomados de Montenegro y Malagón,
1990).
MÓDULO DE RUPTURA FUERZA (mbar)
Bajo < 0.05
Moderadamente bajo 0.05 – 0.1
Medio 0.1 – 0.15
Moderadamente alto 0.15 – 0.2
Alto > 0.2
Porta et al (1994) dicen que, en términos generales, cuando se tiene un módulo de ruptura
superficial en el suelo, < 10 kPa, no hay problemas para la emergencia de las plántulas en él.
Además, González (1990) puntualiza que en la literatura se establece frecuentemente el valor de
270 PSI, leído con el penetrómetro, como límite crítico para la penetración de raíces en el suelo.
El SSDS (1993) propone interpretar la resistencia a la penetración del suelo mediante los niveles
que se presentan en la Tabla 10.3. García y Durán (1998) reportan que un valor de resistencia a la
penetración mayor a 35.5 kg cm-2, es limitante para el desarrollo radicular de la mayoría de los
cultivos.
TABLA 10.3. Interpretación de la resistencia a la penetración del suelo (Tomada de SSDS, 1993).
CLASE DE RESISTENCIA RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (MPa)
Baja < 0.1
Media 0.1 – 2
Alta 2 – 8
Muy alta > 8
La capacidad expansiva del suelo puede evaluarse de acuerdo con los valores propuestos en la
Tabla 10.4.
TABLA 10.4. Interpretación de la capacidad de expansión del suelo según McCormick y Wilding (1975) citados
por González (1990).
EXPANSIBILIDAD COLE (cm cm-1) CAMBIO DE VOLUMEN (%)
Baja < 0.03 < 10
Media 0.03 – 0.06 10 – 20
Alta 0.06 – 0.09 20 – 30
Muy alta > 0.09 > 30
El sistema taxonómico norteamericano (SSS, 1999) ha establecido que suelos que presenten en
sus primeros 100 cm de espesor una extensibilidad lineal (Els) de 6 cm o más, se consideran
252
intergrados Vertic (ver Capítulo 20), es decir, son suelos que presentan propiedades vérticas: alto
potencial de expansión y contracción.
En relación con los límites de Atterberg, Márquez (1985), reporta como valores frecuentes de
ellos los siguientes:
q Límite Superior de Plasticidad:
40 - 60% para arcillas
25 - 50% para limos
q Límite Inferior de Plasticidad:
5 - 30% para arcilla y limo
q Índice de Plasticidad:
20 - 40% para arcillas en general
70 - 80% para las arcillas más plásticas
10 - 20% para limos.
Como valores críticos para el índice de plasticidad Márquez (1985) cita los valores recomendados
por Burmister y presentados en la Tabla 10.5.
TABLA 10.5. Calificación del grado de plasticidad del suelo, según Burmister (Tomado de Márquez, 1985).
IP (% ) GRADO DE PLASTICIDAD
0 No presenta
1 – 5 Ligera
5 – 10 Baja
10 - 20 Media
20 - 40 Alta
> 40 Muy alta
RECORDAR
Ø La consistencia del suelo estudia la resistencia de éste a ser deformado y depende de los
coloides y de la humedad.
Ø De los estados de consistencia del suelo, el más importante, desde el punto de vista
agrícola, es el estado de friabilidad.
Ø La consistencia se relaciona ampliamente con el laboreo del suelo.
Ø El contenido de humedad óptimo para mecanizar un suelo es el que tiene en el límite de
soltura.
Ø Otras propiedades que estudia la consistencia son la compactación, la cementación y la
expansibilidad del suelo.
BIBLIOGRAFÍA
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Andisoles hidrofóbicos, bajo plantaciones de Pinus patula. Tesis (Ingeniero Agrónomo). Universidad
Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Medellín. 75 p.
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Agricultura (IICA). Costa Rica. 212 p.
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AUTOEVALUACIÓN
1. Diga 4 formas en que puede manifestarse la deformación de un suelo.
2. ¿Cuáles fuerzas controlan la consistencia del suelo?. ¿Cómo se definen?. ¿Cuál es el agente que las
controla a ellas?.
3. Definir los 4 estados de consistencia que se pueden presentar en el suelo y decir bajo qué condiciones
de humedad se presenta cada uno.
4. ¿Qué condiciones favorecen la compactación del suelo?. ¿Sólo se produce compactación por laboreo o
puede haber otro agente que la haga?.
5. ¿Cuáles condiciones favorecen la formación de costras superficiales en el suelo?.
6. ¿Cómo se define la cementación del suelo y cómo se diferencia de la compactación?.
7. Diga 4 efectos nocivos de la expansión y contracción del suelo.
8. ¿Qué es un penetrómetro?. ¿En qué condiciones de suelo se utiliza?.
9. Definir módulo de ruptura.
10. ¿En qué se diferencia el límite inferior de plasticidad del límite superior de plasticidad?.
11. ¿Por qué es importante conocer el límite de soltura del suelo?.
12. ¿Qué le sucede al suelo si es sometido a laboreo en estado seco?. Y en estado casi saturado?.
13. ¿Qué es el COLE?.
14. ¿Cómo afecta el contenido de materia orgánica la consistencia del suelo?.
EVALUACIÓN
1. ¿En cuál suelo será más fácil el laboreo: en uno de textura gruesa o en uno de textura fina?. ¿Por qué?.
2. ¿A cuántos kPa equivalen 270 PSI?. (R: 1861.65 kPa).
3. Se debe arar un lote de 4 ha hasta 20 cm de profundidad. El límite de soltura de este suelo es
equivalente al 75 % de su límite inferior de plasticidad que es de 25 %; sabiendo que el suelo es un
Andisol (Da = 0.8 Mg m-3) y que el peso del agua que tiene es de 3 832 t, se podrá arar el lote en la
condición de humedad en que se encuentra sin deteriorarlo?. Sustente su respuesta con los cálculos
correspondientes. (R: No; límite de soltura = 1200 t de agua, contenido actual de agua = 3832 t).
4. Con el fin de determinar si un suelo era un intergrado Vertic se muestreó su perfil cuando el suelo
estaba a capacidad de campo, con cilindro; hechos los análisis, se obtuvieron los siguientes
resultados:
Horizonte
Espesor
del
horizonte
(cm)
Altura del
cilindro
metálico
(cm)
Diámetro
del
cilindro
metálico
(cm)
Peso del
cilindro
metálico
(g)
Peso del
cilindro
metálico
mas el
suelo
húmedo
(g)
Peso del
cilindro
metálico
mas el
suelo seco
al horno
(g)
Altura del
cilindro
de suelo
seco al
horno
(cm)
Diámetro
del
cilindro
de suelo
seco al
horno
(cm)
Ap 25 6 5.33 162.85 354.56 305.70 5.91 5.13
Bw1 42 6 5.39 158.79 293.32 241.81 5.83 5.17
Bw2 43 6 5.39 145.99 314.29 261.18 5.94 5.12
a. ¿Corresponde el suelo estudiado a un intergrado Vertic?. (R: No es Vertic, Els = 3.6391 cm).
b. ¿Cuánto es el cambio de volumen que presenta cada horizonte, según fórmula y según una relación
aritmética simple?.Discutir los valores obtenidos. (R: Vn: Ap = 9.59%, Bw1 = 11.87%, Bw2 =
11.94%; Relación aritmética: Ap = 8.747%, Bw1 = 10.606%, Bw2 = 10.671%).
MANEJO DEL MEDIO FÍSICO DEL SUELO
CAPÍTULO 11
CONTENIDO
v Degradación física del suelo
§ El laboreo del suelo
·  Objetivos
·  Principales operaciones de labranza del suelo
·  Tipos de labranza
·  Problemas ocasionados por la mala labranza
§ El pastoreo
·  Sistemas de pastoreo
·  Efectos del pastoreo sobre el medio físico edáfico
§ El riego
·  Sistemas de riego
·  Efectos nocivos del riego en el suelo
§ El drenaje
·  Efectos del mal drenaje
·  Beneficios del drenaje
§ El uso de la tierra
v Recuperación del medio físico edáfico
§ Rotación de cultivos
§ Uso de acondicionadores físicos
·  Acondicionadores físicos naturales
·  Acondicionadores físicos sintéticos
256
OBJETIVOS
v Conocer las prácticas de manejo de suelos que más afectan el medio físico de éste
v Conocer los efectos nocivos que con mayor frecuencia se presentan en el suelo,
como consecuencia de las malas prácticas de manejo que se realizan en él
v Conocer algunas prácticas orientadas a mantener y/o a recuperar el medio físico
edáfico
257
n este capítulo se quiere ilustrar el efecto general que tienen algunas prácticas de
manejo sobre las propiedades físicas del suelo, en una forma integral.
1. DEGRADACIÓN FÍSICA DEL SUELO
Según el concepto de Pla, citado por Alfaro et al (1995), la degradación del suelo comprende
aquellos procesos que lo conducen a una reducción gradual o acelerada, temporal o permanente,
de su capacidad productiva y/o al incremento de los costos de producción.
Aunque hay situaciones naturales que no permiten el desarrollo de un buen espacio físico en el
suelo como las condiciones de drenaje impedido o de sequía por largos períodos de tiempo, en
este capítulo se hará énfasis en el deterioro edáfico provocado por el uso inadecuado de este
recurso.
Castro (1995) identifica como las principales causas del deterioro físico del suelo las siguientes:
q Exceso de mecanización.
q Monocultivo.
q Pérdida de la materia orgánica.
q Problemas de mal drenaje.
Amézquita (1998) considera que los principales problemas físicos del suelo que restringen la
producción vegetal y que se relacionan con el laboreo del mismo son:
q Impedancia mecánica.
q Estrés de agua (déficit).
q Estrés de aireación (exceso de agua).
q Escorrentía y erosión.
A los anteriores problemas se les podría agregar el uso del suelo en explotaciones que no están de
acuerdo con su aptitud, así como alteraciones graves producidas por el mal manejo del riego. A
continuación se hará una discusión corta de los aspectos más relevantes de las causas de la
degradación física del suelo.
1.1. EL LABOREO DEL SUELO
Se entiende por laboreo, labranza o mecanización del suelo todas aquellas prácticas de manejo
del suelo o del cultivo o explotación que tenga aquel, que se llevan a cabo con máquinas que se
desplazan sobre él; cabe aclarar en este punto que en los siguientes apartes se hará referencia
únicamente a aquellas labores que se hacen bajo condiciones de uso intensivo del suelo,
excluyendo las áreas de ladera.
1.1.1. Objetivos del laboreo del suelo
La labranza del suelo tiene como objetivos fundamentales mejorar el espacio físico del suelo en
el cual van a estar las raíces de las plantas y combatir algunas malezas, plagas y enfermedades
que puedan atacar al próximo cultivo.
E
258
Montenegro y Malagón (1990) establecen como objetivos específicos del laboreo del suelo los
siguientes:
q Facilitar la germinación de las semillas.
q Facilitar el crecimiento de las raíces de las plantas.
q Incorporar materia orgánica.
q Favorecer la entrada y acumulación de agua para las plantas.
q Mejorar las condiciones de aireación.
Siempre que se haga un correcto uso de la maquinaria, es posible alcanzar los objetivos
propuestos, conservando la productividad y sostenibilidad del suelo laborado.
1.1.2. Principales operaciones de labranza del suelo
Las labores básicas de preparación del suelo para su explotación agropecuaria pueden resumirse
en:
1.1.2.1. Arada
Es la labor más pesada que se hace en el suelo y consiste en romper la porción superficial del
mismo, a veces con inversión de ella, incorporando, de paso, la materia orgánica de la vegetación
que está sobre él o de lo que queda de ella; generalmente es una labor que se lleva a cabo hasta
una profundidad no mayor de 15 a 20 cm.
1.1.2.2. Rastrillada
Consta de una serie de pasadas que se hacen sobre el suelo arado con implementos de discos o de
cinceles, cuyo objetivo principal es desmenuzar los terrones que han quedado de la arada.
Algunas veces, también, hace una nivelación del terreno listo para la siembra así como un control
de malezas; generalmente es una labor más superficial que la arada. Tanto esta labor como la
arada pueden llevarse a cabo con un rotavator o arado rotatorio, haciendo los ajustes pertinentes
al implemento, según la labor deseada.
1.1.2.3. Subsolada
También llamada arada profunda. Consiste en roturar al suelo en profundidad (35 a 40 cm,
generalmente) con subsolador o con arados de cinceles. Es una labor especial para romper capas
compactadas que se encuentran a profundidades donde no llega la arada común. En suelos
pesados esta labor puede mejorar el drenaje de los mismos.
1.1.2.4. Cultivada
Esta labor se realiza para controlar malezas y aflojar un poco el suelo cuando ya el cultivo está
establecido; puede llevarse a cabo con cinceles o con escarificadores diseñados especialmente
para trabajar en los primeros centímetros del suelo sin afectar el cultivo; puede mejorar, de paso,
la infiltración de agua en el suelo.
259
1.1.2.5. Otras labores mecanizadas
Aparte de las descritas anteriormente, sobre el suelo se llevan a cabo otras actividades
mecanizadas que pueden o no realizarse directamente con él, pero que de todas formas lo afectan
en alguna medida.
Es frecuente que en zonas que requieren riego, los suelos que van a ser explotados
agropecuariamente requieran una nivelación del terreno que garantice unas condiciones mínimas
para que aquella práctica sea eficiente; dicha nivelación implica el movimiento de grandes
volúmenes de suelo y el tráfico de gran cantidad de máquinas sobre él, lo que puede afectar
enormemente sus condiciones físicas.
La nivelación generalmente se realiza en el subsuelo, sobre todo en aquellos casos en los cuales
el horizonte A tiene poco espesor, lo que implica remover y recoger completamente el material
de este horizonte en algún sitio mientras se efectúa dicha operación, para luego volverlo a
distribuir sobre la superficie nivelada. Tanta manipulación tiene que afectar el medio físico
edáfico; sin embargo, hay que tener en cuenta que ésta es una labor que se realiza sólo una vez,
en muchos años, en el suelo y por lo tanto, éste recupera un estado físicamente adecuado.
Labores como la aplicación de enmiendas, fertilizantes y agroquímicos, en general, así como la
renovación de pastizales y la siembra de cultivos, suelen hacerse mecanizadamente en suelos
sometidos a explotación intensiva, lo que puede generar áreas con problemas de compactación
superficial en las zonas de tráfico.
La cosecha es también una labor bastante mecanizada, sobre todo en cultivos de cereales, aunque
por llevarse a cabo en condiciones de suelo con poca humedad, su efecto nocivo sobre las
propiedades físicas de éste no es tan dramático como las demás.
1.1.3. Tipos de labranza
Los tipos de labranza que se hacen en el suelo se pueden agrupar desde diferentes puntos de vista;
Montenegro y Malagón (1990), Castro (1996) y Amézquita (1998), entre otros, definen los tipos
de labranza que se presentan a continuación.
1.1.3.1. Según el objetivo principal de la labranza
1.1.3.1.1. Labranza primaria
Es la labranza que se hace para roturar el suelo y/o para descompactar capas endurecidas o densas
(adensadas), así como para incorporar materia orgánica en el suelo. Se hace con implementos
pesados como arados de discos, de vertedera o de cinceles, subsoladores y rastras pesadas. Es la
labranza más agresiva, puede afectar hasta 35 cm de profundidad y produce alta rugosidad
superficial en el suelo. En la Figura 11.1 se presentan algunos de los implementos utilizados en
las labores de mecanización del trabajo en los suelos.
260
a. Arado de discos. b. Arado de vertedera.
c. Arado de cinceles rígidos. d. Arado de cinceles vibratorio.
e. Rotavator o arado rotatorio. f. Subsolador.
FIGURA 11.1. Algunos implementos utilizados para el laboreo del suelo.
261
1.1.3.1.2. Labranza secundaria
El principal objetivo de esta labor es remover el suelo superficialmente para producir un mayor
fraccionamiento de los terrones que deja la labranza primaria, así como para nivelar algo el
terreno. Se hace con rastra de discos y afecta, generalmente, los primeros 15 cm del suelo.
1.1.3.2. Según la intensidad o cantidad de labores que se hacen
1.1.3.2.1. Labranza convencional
Es la de mayor intensidad. En Colombia este sistema se caracteriza por la realización de uno o
dos pases de arado pesado, seguidos de dos, tres o cuatro pases de rastrillo, más un pase de
pulidor, hasta dejar el suelo completamente pulverizado.
Los implementos que más se han utilizado en este sistema son los arados y rastrillos de discos.
Con este tipo de preparación se causa el mayor grado de deterioro al suelo, por el tipo de
implementos utilizados, porque se voltea el horizonte superficial del suelo y se pulveriza el
mismo y por el exceso de labor que generalmente se hace, según observa Fenalce (1987).
1.1.3.2.2. Labranza reducida
Labranza en la cual se minimiza el número de operaciones de la labranza secundaria, bien porque
se han hecho modificaciones a la labranza primaria o bien porque se usan sistemas especiales de
siembra.
1.1.3.2.3. Labranza mínima
Este sistema consiste en realizar el menor número de labores posible en el suelo, de modo que se
garantice, de una parte, la consecución de un área adecuada para la germinación y el
establecimiento de la planta, y de otra, favorecer la entrada de agua al suelo y su aireación. El
suelo debe ser friable y estar en una condición óptima de humedad para que la labor tenga la
máxima eficiencia.
En este sistema las labores de arada se hacen, generalmente, con arado de vertedera; el área
donde irán las semillas se pulveriza un poco mediante herramientas livianas, para dejar la zona
entre hileras de cultivo tal como queda después de la arada.
1.1.3.2.4. Labranza cero
Con este sistema de trabajo, sólo se prepara el sitio donde va a colocarse la semilla o la plántula a
trasplantar, dejando el resto del suelo sin manipular. Para que este sistema funcione
adecuadamente, se requiere que el suelo tenga unas excelentes condiciones físicas y que se haga
un estricto control de malezas que generalmente se lleva a cabo con herbicidas.
Según Fenalce (1987), el sistema de labranza cero requiere unas condiciones excelentes de
drenaje y no es recomendable para suelos arcillosos; además, es un sistema adecuado para zonas
de ladera.
262
En el sistema descrito puede producirse una alta acumulación de materia orgánica en la superficie
del suelo por la falta de manipulación de dicho material que favorezca su oxidación; ésta
condición puede causar hidrofobicidad en el suelo, como lo confirmó Chan (1992), cuya
manifestación depende, obviamente, del tipo de material que se esté acumulando.
1.1.3.3. Según el volumen de suelo afectado con la labor
1.1.3.3.1. Labranza vertical
Este sistema se aplica a suelos con limitaciones físicas internas, principalmente presencia de
capas endurecidas o compactadas. El suelo se rotura a profundidades entre 30 y 40 cm,
generalmente con subsolador o con arado de cinceles, siguiendo una línea en el terreno, por lo
cual se afecta un volumen de suelo adyacente a la línea por donde corre el implemento.
Con este tipo de labranza se aumenta la infiltración del suelo, se aumenta la capacidad de
almacenamiento de agua en el mismo, se favorece el crecimiento radicular y se incorpora materia
orgánica en profundidad al suelo. Algunos autores llaman a este tipo de laboreo labranza
profunda.
1.1.3.3.2. Labranza horizontal
Es la que se hace con implementos que poseen discos o vertederas. En ella se afecta todo el
volumen del suelo, hasta la profundidad de trabajo.
En cualesquiera de los sistemas mencionados anteriormente hay que tener algunas precauciones
para evitar los daños que pueda producir su uso indebido; la profundidad a la cual se hagan las
labores está controlada por aquellos factores que limiten el desarrollo de la raíz y por el mismo
volumen de ella; Castro (1996) establece los criterios edafológicos a tener en cuenta para
seleccionar algunos de los tipos de labranza mencionados, los cuales se presentan en la Tabla
11.1.
Jen y Quintero (1987) concluyeron de sus trabajos en suelos arcillosos del Valle del Cauca, que
sólo en aquellos suelos que presentaban capas compactadas, dentro del perfil, que restringían el
desarrollo de la raíz, se obtenían beneficios con el subsolado en la producción de caña de azúcar;
así mismo, no encontraron ningún mejoramiento de la producción cuando subsolaron suelos
arcillosos bien estructurados.
Castro (1996) también recomienda que antes de utilizar labranza se deben conocer muy bien
propiedades del suelo como espesor total y de enraizamiento, contenido de materia orgánica,
textura, estructura, densidad aparente, condición de drenaje, nivel freático, consistencia y
limitantes químicos.
Castro y Amézquita (1991) no recomiendan que cada semestre se lleven a cabo prácticas de
labranza en el suelo con cincel; antes deben hacerse evaluaciones físicas, siquiera anualmente
para decidir cuándo se justifica su utilización, sobre todo desde el punto de vista de la infiltración
del agua en el suelo.
263
TABLA 11.1. Algunos criterios para seleccionar sistemas de labranza apropiados, desde el punto de vista de la
conservación del medio físico edáfico. (Según Castro, 1996).
CARACTERÍSTICA CONDICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS SEGÚN SISTEMA DE LABRANZA
DEL SUELO CERO CONVENCIONAL PROFUNDA
Profundidad efectiva > 60 cm > 60 cm Limitante (compactación)
Cambio textural
abrupto (en 60 cm)
No hay Leve a moderado Abrupto
Grado de estructura Fuerte Moderado a fuerte Débil
Consistencia en
húmedo
Friable Friable a firme Muy firme
Porosidad total (%) 50 a 60 40 a 50 < 35
Drenaje interno Moderado a rápido Moderado a rápido Lento a moderado
Densidad aparente
(Mg m-3)
< 1.2 < 1.5 > 1.5
Macroporos (%) 10 a 12 10 a 12 < 10
Materia orgánica (%) Alta Media a alta Baja
Presencia de raíces
(en 60 cm) Abundantes Regulares Pocas
Amézquita (1998) recomienda que antes de decidir el sistema de laboreo que se vaya a utilizar en
un determinado suelo, se haga un diagnóstico de la condición física de él y evaluar sus
posibilidades de soportar el desarrollo de las plantas que se piensan tener; en minicalicatas de 40
o más centímetros de profundidad, según el tipo de suelos, cuyo número depende de la
variabilidad de los suelos presentes, se debe estudiar:
q Espesor del horizonte superficial
q Distribución y tipo de horizontes
q Textura y estructura
q Presencia de capas u horizontes endurecidos y su espesor
q Continuidad del espacio poroso
q Distribución del sistema radicular de la vegetación existente y profundidad en la cual es
mayor su volumen
q Cambios en el contenido de humedad
1.1.4. Problemas ocasionados por la mala labranza
Cuando se está sometiendo un suelo a laboreo, si no se tienen las precauciones debidas como el
contenido de humedad del suelo, el tipo e intensidad de la labranza y todas las propiedades físicas
del suelo, incluyendo su espesor, se generan problemas como:
q Pérdida de estructura
q Compactación
q Encostramiento y sellamiento superficiales
q Pérdida en la porosidad de aireación
q Pérdida de materia orgánica
q Bajo almacenamiento de agua en el subsuelo
q Incremento en la escorrentía y en la pérdida de suelo por erosión
q Poco desarrollo radicular y baja producción en la explotación que se tenga
264
En los apartes siguientes se presentarán algunos resultados que ilustran los efectos de la labranza
sobre algunas propiedades del suelo.
Una de las propiedades del suelo que más se afectan con el laboreo es la estructura, cuyo cambio
conlleva alteraciones en la porosidad del mismo, tanto en su contenido total como en la
proporción en que se encuentran sus diferentes tamaños; estos cambios afectan, por ende, la
densidad aparente del suelo.
En las Figuras 11.2 y 11.3 pueden observarse los efectos que tienen diferentes sistemas de
laboreo sobre la densidad aparente, la porosidad total y la macroporosidad de los horizontes A y
Bt de un suelo Arenic Haplustalf del valle del Magdalena, en el Tolima; se aprecia como el
laboreo con cincel (labranza profunda) mejora las condiciones físicas del suelo, con respecto a la
labranza convencional.
FIGURA 11.2. Efecto de diferentes métodos de labranza sobre la densidad aparente de los horizontes A (0-18 cm) y
Bt (18-40 cm) de un Arenic Haplustalf de El Espinal (Tolima). C: Labranza convencional; CIM:
Labranza profunda con cincel, incorporando cascarilla de arroz; CIQ: Labranza reducida profunda
con cincel y control de malezas con herbicida. (Con base en resultados de Castro y Amézquita,
1991).
En la Figura 11.4 puede verse el efecto que tiene sobre la producción de los cultivos de algodón y
sorgo el mejoramiento de las condiciones físicas del Alfisol del Tolima, mencionado
anteriormente. En los dos cultivos se presentaron diferencias significativas en producción entre el
sistema convencional y los otros dos sistemas, pero no se encontraron diferencias significativas
entre los tratamientos que incluían laboreo con cincel (Castro y Amézquita, 1991).
1,7 1,8
1,56
1,69
1,48 1,55
0
0,5
1
1,5
2
Da (Mg m-3)
C CIM CIQ
TRATAMIENTO
HORIZONTE A HORIZONTE Bt
265
FIGURA 11.3. Efecto de diferentes tipos de labranza sobre la porosidad total y de aireación del horizonte A (18
cm) de un Arenic Haplustalfs de El Espinal (Tolima). Para significado de los tratamientos, ver
Figura 11.2. (Con base en resultados de Castro y Amézquita, 1991).
FIGURA 11.4. Efecto de diferentes sistemas de labranza de un Arenic Haplustalfs de EL Espinal (Tolima), sobre la
producción promedia de dos semestres de algodón y sorgo sembrados en él. Para significado de los
tratamientos, ver Figura 11.2. (Con base en resultados de Castro y Amézquita, 1991).
C
CIM
CIQ
P O R O S I D A D T O T A L
E S P A C I O A É R E O
3 5
4 0 4 2
10,2
16,2 17,6
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
PORCENTAJE (%)
T R A T A M I E N T O
C
CIM
CIQ
ALGODÓN
SORGO
3120
3868 4064
2179
2760
2677
2000
2500
3000
3500
4000
PRODUCCIÓN (kg/ha)
TRATAMIENTO
266
La Figura 11.5 muestra el efecto que tuvieron los sistemas de labranza sobre la infiltración básica
del Alfisol del Tolima, cuando se le hizo un seguimiento a esta propiedad durante tres semestres
consecutivos de cultivo.
FIGURA 11.5. Efecto de diferentes sistemas de labranza, en el tiempo, sobre la infiltración básica de un suelo
arenoso franco compactado de El Espinal (Tolima). (Con base en resultados de Castro y Amézquita,
1991).
Se puede notar en la Figura 11.5 que el laboreo permanente y frecuente con cincel puede llevar al
suelo a adquirir unas características indeseables de excesiva infiltración, las cuales pueden
producir demandas exageradas de agua para mantener un adecuado suministro de humedad para
las plantas, como lo apuntan Castro y Amézquita (1991). Se observa, además, que el laboreo
convencional deteriora la capacidad de infiltración del suelo hasta el segundo semestre pero en el
tercero el suelo vuelve a recuperar esta propiedad, incluso a un nivel superior al inicial.
Aparte de los efectos sobre la demanda de agua, puede producirse un lavado intenso de bases por
percolación profunda y/o un ascenso peligroso del nivel freático, con todos los posibles
problemas de manejo de la fertilidad y de sales que ellos conllevan.
García y Durán (1998) evaluaron el efecto de 6 sistemas de laboreo utilizados durante 3 años,
sobre algunas propiedades físicas de un suelo del valle del Cesar, con una rotación sorgo –
algodón y encontraron, entre otros, los resultados que se presentan en la Tabla 11.2. Los sistemas
evaluados fueron:
q Labranza tradicional (LT): 1 pase de arado de disco + 1 pase de rastrillo + 2 pases
cruzados de pulidor
q Labranza convencional (LC): 2 pases de rastra pesada de discos + 2 pases de pulidor
q Labranza profunda (LP): 2 pases cruzados de cincel rígido
q Labranza combinada (LB): Cincel + rastra pesada + pulidor
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Ib (mm h -1)
ANTES
LABRANZA
DESPUÉS
LABRANZA
SEMESTRE
1
SEMESTRE
2
SEMESTRE
3
CINCEL CONVENCIONAL
267
q Labranza reducida (LR): 1 pase de rastra pesada + 1 pase de pulidor
q Labranza cero (SD): Ningún implemento
TABLA 11.2. Cambios en algunas propiedades físicas de un suelo franco arcilloso del valle del Cesar, en dos
profundidades, y en la producción y desarrollo radicular de algodón, debidos al uso de diferentes
sistemas de labranza durante 3 años consecutivos; promedios de 3 replicaciones del último año del
estudio (1996). (Resultados de García y Durán, 1998).
SISTEMA DE LABRANZA
PROPIEDAD
CONDICIÓN
INICIAL LT LC LP LB LR SD
Da (Mg m-3)* 1.72 - 1.84 1.61-1.76 1.64-1.79 1.64-1.67 1.63-1.72 1.67-1.80 1.71-1.83
Porosidad (%)* 33.6 - 28.9 37.9-32.0 36.8-30.8 37.1-35.4 37.5-33.5 35.6-30.5 34.2-29.2
Profundidad radicular (cm)1 - 35.7bc 28.6cd 50.7a 43.0ab 28.3cd 21.0d
Producción (kg/ha)1 - 3034ab 2732b 3282a 2895ab 2782b 2009c
* El primer valor corresponde a la profundidad de 0 a 25 cm y el segundo a la de 25 a 50 cm.
1 Valores con igual letra no presentan diferencia significativa al 95%.
En la Tabla 11.2 se aprecia que cualesquiera de los sistemas de labranza utilizados, tiende a
mejorar las condiciones físicas evaluadas; el sistema de labranza cero fue el que más bajos
resultados produjo, tanto en adecuación física del suelo como en las variables relacionadas con la
planta, probablemente por tratarse de un suelo de textura pesada. Obsérvese que el sistema de
labranza profunda fue el que mejores resultados de producción arrojó, debido a un mejoramiento
del medio físico a una mayor profundidad, situación que le da mayores posibilidades a la planta
para absorber agua y nutrientes.
En la Tabla 11.3 se puede ver el efecto que tiene el empleo del mismo sistema de labranza en el
tiempo y sobre los dos primeros horizontes de un suelo de textura media del valle del Sinú; es
notorio el deterioro que sufren las propiedades físicas del suelo, a medida que aumenta el tiempo
de laboreo, probablemente utilizado siempre a la misma profundidad, sobre todo en el subsuelo,
observándose la compactación del mismo y la posible generación de un pie de arado.
TABLA 11.3. Efecto del tiempo de laboreo (1 arada con discos y 2-3 rastrilladas) en algunas propiedades físicas de
un suelo franco limoso algodonero del valle del Sinú. (Resultados de García, 1991).
AÑOS DE
LABOREO
PROFUNDIDAD DEL
HORIZONTE (cm)
Da
(Mg m-3)
POROSIDAD
TOTAL (%)
INFILTRACIÓN
BÁSICA (cm h-1)
Testigo (0 años) 0 - 12 1.49 43.7 3.5
12 - 50 1.22 53.9 2.0
0 - 25 1.40 47.2 4.0
5
25 - 50 1.65 37.7 2.0
0 - 15 1.08 59.2 6.0
17
15 - 34 1.67 36.9 2.5
20 0 - 12 1.22 53.9 10.0
12 - 50 1.70 35.8 1.0
0 - 19 1.46 44.9 3.0
25
19 - 50 1.73 34.7 0.1
Preciado (1998) encontró un grado de deterioro dramático en un suelo del Casanare, debido al
uso prolongado del mismo bajo cultivo intensivo de arroz; algunos de los resultados más
sobresalientes de este investigador se presentan en la Tabla 11.4.
268
TABLA 11.4. Cambios producidos en algunas propiedades físicas de un suelo del Casanare por efecto de su uso
intensivo en cultivo de arroz durante 20 años. Promedios de 3 repeticiones. (Resultados de Preciado,
1998).
PROPIEDAD TIEMPO DE USO EN ARROZ (años)
0 20
Da (Mg m-3) 1.06 1.54
Porosidad total (%) 62.81 41.13
Volumen de macroporos (%) 10.35 5.62
D50 (mm)* 2.87 Masivo
Resistencia a la penetración (kg cm-2) 0.5 3.71
* Diámetro estimado para el 50% de los agregados del suelo, después de tamizarlos en agua.
La compactación del suelo, por efecto de la labranza, se produce a diferentes profundidades en él
y consecuentemente tiene diferentes efectos sobre sus propiedades y sobre los cultivos.
Amézquita et al (1997a) estudiaron el efecto de la compactación del suelo a diferentes
profundidades, creando artificialmente una capa compactada, de 2 cm de espesor, en un Dystric
Haplustand medial isomésico de la Sabana de Bogotá, a profundidades de 5, 10 y 15 cm; algunos
de los resultados de este trabajo se presentan en las Tablas 11.5 y 11.6
TABLA 11.5. Efecto de la compactación de un Andisol de la Sabana de Bogotá sobre su densidad aparente y
porosidad total y de la ubicación de las capas compactadas dentro del perfil sobre la producción de
tres hortalizas en ese suelo (Resultados de Amézquita et al, 1997a).
Da (Mg m-3) DE LA CAPA
COMPACTADA
POROSIDAD TOTAL DE LA
CAPA COMPACTADA (%) PRODUCCIÓN PROFUNDIDAD
DE LA CAPA
COMPACTADA
(cm)
ANTES
SIEMBRA
DESPUÉS
COSECHA
ANTES
SIEMBRA
DESPUÉS
COSECHA kg ha-1 % DEL
MEJOR
CULTIVO
Testigo 1.07 1.07 48.2 48.2 41.8 100
5 1.77 1.38 23.7 40.5 15.5 37
10 1.90 1.39 15.9 38.8 21.3 50
15 1.90 1.39 13.2 30.0 34.6 82
ACELGA
Testigo 1.07 1.07 48.7 48.7 64.5 100
5 1.78 1.44 23.3 37.9 21.2 32.9
10 1.90 1.44 15.0 36.6 30.0 46.6
15 1.89 1.44 16.7 36.6 38.3 59.4
REPOLLO
Testigo 1.07 1.07 47.3 47.3 62.3 100
5 1.85 1.42 20.3 38.8 12.6 20
10 1.83 1.42 19.4 36.6 23.8 38.2
15 1.90 1.41 12.8 37.9 51.6 82.8
ZANAHORIA
TABLA 11.6. Crecimiento de la raíz de tres hortalizas en un Andisol compactado a diferentes profundidades en la
Sabana de Bogotá y en diferentes tiempos. (Resultados de Amézquita et al, 1997a).
Longitud de la raíz (cm) a los días después de la siembra
Acelga Repollo Zanahoria
Profundidad
de la capa
compactada
(cm) 45 90 135 45 90 135 45 90 135
Testigo 9.33 28.36 28.79 8.85 19.63 21.60 6.99 17.66 15.53
5 5.30 14.83 16.43 4.74 9.36 11.35 3.42 10.10 11.53
10 6.66 17.80 19.92 5.23 12.36 12.76 3.84 12.63 13.50
15 7.58 21.46 21.88 6.07 16.53 16.60 4.48 15.70 14.50
269
En la Tabla 11.5 se observa que tanto la densidad aparente como la porosidad de la capa que fue
sometida a la compactación mejoraron notablemente, por efecto de haber estado sometida a la
acción de las raíces de las plantas que estaban creciendo en el suelo, así como por su cosechada.
También es evidente en la Tabla 11.5 que, con todos los cultivos utilizados en el ensayo, el
máximo efecto nocivo de la compactación sobre la producción se produjo cuando la capa
compactada estuvo ubicada a 5 cm de profundidad dentro del suelo; además, en todos los casos el
repollo fue la planta que más se afectó por la compactación del suelo, posiblemente debido a que
su sistema radicular fibroso no tiene la suficiente fortaleza para atravesar la capa compactada y
poder, así, explorar un mayor volumen de suelo.
Con relación al crecimiento radicular, los resultados de la Tabla 11.6 muestran que la acelga tuvo
un mejor desarrollo radicular, el cual Amézquita et al (1997a) atribuyen a su fuerte raíz pivotante,
capaz de atravesar la capa compactada; el repollo no se vio tan afectado en el desarrollo radicular
porque se extendió ampliamente en el suelo que estaba por encima de aquella capa; en este caso
la zanahoria fue la más afectada, tanto en cantidad como en calidad, pues se presentó abundante
bifurcación de ellas, lo que indica que es un cultivo bastante susceptible al deterioro físico del
suelo.
El exceso de mecanización produce una pulverización elevada en el suelo, la cual es la causante
de problemas de encostramiento y sellamiento superficiales cuando se ve sometido a la acción
de gotas de agua que caen sobre él, sean de lluvia o de riego, ya que se produce un taponamiento
de sus poros.
El sellamiento de la superficie del suelo reduce su capacidad de infiltración y de aireación y
aumenta la escorrentía del agua, incrementando así su susceptibilidad a la erosión; también, el
encostramiento superficial se convierte en un impedimento para la germinación de las semillas.
Para ver la relación entre la labranza y la erosión, Almansa y Argüello (1998) estudiaron la
cantidad de escorrentía y de pérdida de suelo que se producía en parcelas ubicadas en terrazas,
cercanas a Villavicencio, con suelos Tropeptic Haplorthox y pendiente entre 3 y 4 %, por efecto
del uso de diferentes tratamientos de labranza en ellos; los sistemas de labranza estudiados
fueron:
q Labranza convencional (LC): 2 pases de rastra
q Labranza reducida (LR): 1 pase de cincel rígido + 1 pase de cincel vibratorio
q Labranza cero (SD): Herbicida y siembra con máquina
Algunos de los resultados de este estudio se presentan en la Tabla 11.7.
TABLA 11.7. Efecto de diferentes sistemas de labranza sobre la escorrentía y la pérdida de suelo en un Oxisol de
Villavicencio. (Resultados de Almansa y Argüello, 1998).
SISTEMA DE LABRANZA ESCORRENTÍA
(mm)
PÉRDIDA DE SUELO
(t ha-1)
LR 209.72 (19.4)* 6.79
LC 123.39 (11.4) 4.99
SD 67.63 (6.2) 3.54
* Entre paréntesis el % de la precipitación caída en 120 días que se transformó en escorrentía.
270
Cabe anotar, para el estudio anterior, que la precipitación generada en los 120 días fue de 1082.2
mm. Tanto la escorrentía como la pérdida de suelo tienden a igualarse en todos los sistemas de
labranza a los 60 días después de sembrado el cultivo de arroz y los valores de ellas son mínimos.
Otro de los efectos importantes que tiene el exceso de mecanización del suelo es la pérdida de
materia orgánica en el mismo, originada por el exceso de aireación y oxidación, que se genera
por su uso a corto plazo; a largo plazo, pueden presentarse también efectos como pérdidas por
erosión, mineralización de materia orgánica nativa y/o deterioro de la actividad biológica del
suelo, debido a la compactación y pobre aireación en él.
Castro (1996) ilustra el proceso de pérdida de materia orgánica, con resultados recopilados en
suelos del Tolima en los cuales puede verse como el contenido de materia orgánica de una
pradera natural era de 3.5 % en 1963 y en 1993, por efecto de la mecanización (mayor
mineralización) y del cambio de uso a cultivo de arroz en fangueo (menor aporte), bajó a 1.2 %.
Almansa y Argüello (1998), ya citados anteriormente, también evaluaron las pérdidas de materia
orgánica en los Oxisoles de Villavicencio que trabajaron y encontraron pérdidas de 218, 156 y
126 kg/ha de este material, cuando utilizaron los sistemas de labranza reducida, convencional y
cero, respectivamente. Aparte de ésto, también observaron que en ese mismo orden de laboreo se
presentaban las pérdidas de fósforo, calcio, magnesio y potasio, medidos en los erodados de los
suelos.
1.2. EL PASTOREO
El proceso de alimentación de los ganados puede alterar negativamente el medio físico del suelo.
Este efecto depende, básicamente, del sistema de pastoreo que se tenga y del tiempo durante el
cual se utilice dicho sistema.
1.2.1. Sistemas de pastoreo
Bernal (1988) define los sistemas que se describen a continuación.
1.2.1.1. Pastoreo continuo
Con este sistema los animales están permanentemente en el mismo potrero hasta que salen al
mercado; es el sistema más ineficiente en producción por hectárea; fácilmente se puede producir
sobrepastoreo, el cual genera calvas en los potreros y erosión laminar; generalmente se utiliza en
suelos de baja fertilidad o en zonas donde el costo de la tierra es bajo.
1.2.1.2. Pastoreo alterno
Éste es una variante del sistema anterior. El lote se divide en dos potreros que se van utilizando
alternativamente con todo el ganado, hasta agotar la disponibilidad del pasto; también se utiliza
en suelos similares a los del sistema anterior, pero es un poco más conservacionista que aquel.
271
1.2.1.3. Pastoreo en rotación
En este sistema todo el lote disponible para el pastoreo se divide en pequeños potreros que van a
estar ocupados por el ganado unos pocos días; con este pastoreo se pueden tener períodos largos
de recuperación de los potreros; el sistema de rotación se aplica en áreas donde se tienen suelos
de buena calidad y/o tierra de alto costo y generalmente va acompañado de sistemas
semiintensivos o intensivos de la explotación ganadera.
1.2.1.4. Pastoreo en fajas
Esta es una variante del sistema de pastoreo en rotación, en la cual cada potrero es dividido, con
ayuda de cercas eléctricas, en fajas que son utilizadas un solo día; el uso de este sistema implica
un tipo de explotación intensivo de la ganadería y del suelo.
1.2.1.5. Confinamiento
En esta condición el forraje es cosechado, picado y suministrado al ganado en establos; en la
mayoría de estos sistemas los animales no van a los potreros, aunque algunas veces se combina el
confinamiento con un pastoreo en fajas durante algunas horas diarias.
En el orden en el cual se han presentado los diferentes sistemas de pastoreo va disminuyendo el
efecto nocivo de éstos sobre el suelo y va aumentando la eficiencia del sistema, con respecto a la
producción ganadera.
1.2.2. Efectos del pastoreo sobre el medio físico edáfico
Herrera et al (1991), estudiaron los efectos del laboreo en un Andic Eutropept mezclado
isomésico de la Sabana de Bogotá, utilizaron como testigo potreros que tenían pastoreo continuo
desde hacía 15 años. Con relación a la compactación, las medidas de la resistencia a la
penetración mostraron que el lote testigo presentó una resistencia mucho mayor que los
sometidos a laboreo reducido y a labranza cero, durante 6 años; a 25 cm de profundidad presentó
una resistencia de 50 kg, evidenciando una compactación considerable.
La compactación del lote testigo, sin embargo, fue menor que la que tuvo el lote con labranza
convencional durante 6 años, confirmándose, de paso, lo nocivo que es aquel sistema de laboreo
(Herrera et al, 1991); puede verse la Tabla 11.3 para corroborar lo dicho.
Herrera et al (1993) compararon sistemas de labranza con sistemas de pastoreo en suelos de los
Llanos Orientales de Colombia y encontraron que bajo el sistema de pastoreo continuo, durante
12 años, el efecto del pisoteo del ganado es menor cuando se tienen potreros con pastos
mejorados que cuando se tiene sabana nativa, debido a que aquellos tienen una mayor producción
de biomasa que genera agregados de mayor tamaño y más estables y a que el mayor volumen de
raíces que producen mejora la aireación y el movimiento de agua en el suelo.
Perea et al (1991) estudiaron el efecto del tiempo de uso de un determinado sistema de pastoreo
en un suelo franco arcillo arenoso, en relieve escarpado; los resultados obtenidos en ésta
investigación, para los primeros 5 cm del suelo, se presentan en la Tabla 11.8.
272
TABLA 11.8. Efecto de diferentes tiempos de pastoreo sobre algunas propiedades de los primeros 5 cm de un suelo
franco arcillo arenoso, en relieve escarpado, de la cuenca alta de la quebrada Las Ceibas (Huila).
(Resultados de Perea et al, 1991).
TRATAMIENTO*
MATERIA
ORGÁNICA
(%)
Da
(Mg m-3)
POROSIDAD
TOTAL
(%)
RESISTENCIA A
LA PENETRACIÓN
(lb ft-2)
INFILTRACIÓN
BÁSICA
(cm h-1)
BIOMASA
RADICULAR
(t ha-1)
TESTIGO 4.8 1.6 38 7.3 13.1 11.0
GRUPO I 6.3 1.6 39 5.9 11.9 9.5
GRUPO II 10.3 1.4 42 3.7 29.4 11.1
GRUPO III 14.2 1.3 50 3.5 36.5 13.5
* Pastos elefante (Pennisetum purpureum) y king grass (Saccharum sinense) en los grupos y puntero (Hyparrenia
rufa) en el testigo. En los grupos, pastoreo 24 horas cada 20 a 35 días, durante 3 o menos años (grupo I), entre 4 y 6
años (grupo II) y entre 7 y 10 años en el grupo III; en el testigo pastoreo intensivo y tradicional más de 20 años
En la Tabla 11.8 se aprecia como, al utilizar adecuadamente el tipo de pastoreo y los tiempos de
recuperación de los potreros, se obtienen mejoras sustanciales en las propiedades físicas de los
suelos que están siendo sometidos a explotación ganadera.
Otros efectos nocivos que pueden generarse con el uso inadecuado de la ganadería están
relacionados con los movimientos en masa que llegan a producirse a partir de las terracetas
formadas por el tráfico del ganado, a través de la dirección de la vertiente.
Las terracetas mencionadas van formando un escalonamiento en las laderas cuya parte plana
(zona de tráfico) se va compactando y va perdiendo capacidad de infiltración; el agua en la
terraceta se infiltra entonces por el respaldo y, si el suelo es poco profundo o tiene un horizonte
de textura pesada y contrastante a poca profundidad, llega a saturarse en su horizonte superficial,
pudiendo originar deslizamientos, solifluxión o reptación, dependiendo del gradiente de las
pendientes y del suelo.
1.3. EL RIEGO
Esta práctica consiste en suministrarle a la planta el agua que le hace falta, debido a que las
condiciones de precipitación en la región no alcanzan a satisfacer su demanda hídrica. El agua se
le puede suministrar a la planta de diversas maneras, las cuales dependen, fundamentalmente, del
clima, del cultivo y del suelo.
1.3.1. Sistemas de riego
Aunque hay bastantes variantes, los sistemas de riego pueden agruparse en tres categorías
básicas: superficial, por aspersión y localizado.
1.3.1.1. Riego superficial
En este sistema, el agua se coloca en la superficie del suelo corriendo o estancada, dejándola en
contacto con él un determinado tiempo, de modo que pueda penetrar. El más común es el que se
aplica con agua corriente en surcos. A éste sistema se refiere la información que se presenta a
continuación.
273
1.3.1.1.1. Características
Las principales condiciones para la aplicación de este sistema de riego son:
q Pendiente < 1%.
q Unidades de riego grandes.
q No recomendable para suelos arenosos o arcillosos.
q Preferible en suelos profundos.
q Aplicable en cualquier cultivo, excepto arroz.
q Requiere regadores bien adiestrados.
1.3.1.1.2. Ventajas
Con este sistema:
q Se pueden regar campos largos.
q Se requieren pocas zanjas.
q El drenaje superficial es fácil.
q Hay poca pérdida de tierra utilizable.
q Puede utilizarse más eficientemente la maquinaria.
1.3.1.1.3. Desventajas
q Requiere personal con buenas habilidades.
q Tiene un riesgo considerable de producir erosión.
q Puede tener pérdidas altas de agua por escorrentía y por percolación.
q Requiere buena nivelación del terreno.
q Requiere de altos caudales disponibles.
1.3.1.2. Riego por aspersión
Según Hernández (1992), con este sistema se trata de aplicar el agua simulando una lluvia; tiene
las características, ventajas y desventajas que se apuntan a continuación.
1.3.1.2.1. Características
q Muy adecuado para suelos livianos, pero puede aplicarse en cualquier tipo de suelo,
aunque en suelos pesados no es muy satisfactorio.
q Aplicable a todos los cultivos, excepto arroz; en cultivos susceptibles a enfermedades
fungosas, favorecidas por la alta humedad del aire, tampoco es recomendable.
q Adecuado para zonas con agua escasa.
q Su eficiencia disminuye bastante por la presencia de vientos fuertes y/o alta evaporación.
1.3.1.2.2. Ventajas
Con respecto al riego superficial presenta las siguientes:
q Tiene mayor eficiencia de aplicación y mejor uniformidad en la penetración del agua en el
suelo.
q Aplicable a suelos con alta infiltración o poco profundos.
274
q Menor peligro de erosión.
q No requiere nivelación y soporta mayor pendiente y más irregularidades en la superficie
del terreno.
q Permite la aplicación de abonos líquidos o solubles con él.
q Requiere menos mano de obra.
q Hay mejor distribución de agua en el cultivo.
q No hay escorrentía.
q Tiene bajos costos de operación.
Con respecto a los sistemas localizados, tiene las siguientes:
q Menor costo inicial.
q Mayor versatilidad de los equipos.
q Impone menos obstáculos sobre el terreno, facilitando las labores mecanizadas.
1.3.1.2.3. Desventajas
En relación con los sistemas superficiales:
q Tiene elevado costo inicial.
q Hay mayor pérdida de agua por evaporación.
q En zonas con vientos fuertes, puede ser menos eficiente la aplicación y distribución del
agua.
q Puede favorecer enfermedades fungosas en la planta.
q Exigente en calidad de agua: No debe tener materiales en suspensión.
Comparado con los sistemas localizados:
q Presenta mayor consumo de agua.
q Tiene mayores requerimientos de presión para su funcionamiento, lo que aumenta el
consumo de energía y el riesgo de averías.
1.3.1.3. Riego localizado
Pérez (1982) incluye, en este tipo de riego, todos aquellos sistemas que aplican el agua sólo a
aquella porción del suelo ocupada por las raíces; el riego por goteo es el más conocido de este
sistema.
1.3.1.3.1. Características
q Utiliza bajos caudales.
q Tiene alta frecuencia de riego.
1.3.1.3.2. Ventajas
q Alto rendimiento por trabajador.
q Se ajusta a cualquier pendiente.
q Aplicable a casi todos los suelos, excepto los arenosos.
q Es el método más eficiente en el uso del agua.
275
q Propicia un buen control de malezas en el cultivo.
q Se ajusta a cualquier cultivo que se siembre en hileras.
q En algunos cultivos se puede aumentar la densidad de siembra, si se utiliza este sistema de
riego.
1.3.1.3.3. Desventajas
q Requiere personal calificado para su manejo.
q Es el sistema más costoso en equipos por hectárea regada.
q Requiere una alta frecuencia de riego.
q Es de alta rigidez en las instalaciones.
1.3.2. Efectos nocivos del riego en el suelo
Como el riego se aplica con la finalidad de mejorar las condiciones nutricionales del cultivo, al
suministrarle la cantidad de agua que no es capaz de suplir la precipitación, se espera que se
mejore la producción de aquel; sin embargo, los resultados de Santamaría y Gallardo (1992)
expuestos en la Tabla 11.9, muestran que no siempre se logra este objetivo.
TABLA 11.9. Efecto del riego sobre algunas propiedades relacionadas con la producción de soya, variedad Valluna
5, en un suelo del Valle del Cauca (Resultados de Santamaría y Gallardo, 1992).
NIVEL DE
RIEGO*
CONSUMO DE AGUA
EN 110 DÍAS (mm)
RENDIMIENTO
(kg ha-1)
PESO DE 100 SEMILLAS
(g)
1 361.18 a** 2837.3 a 21.14 a
2 335.03 b 2120.8 b 17.50 b
3 300.51 c 1766.2 b 15.81 b
* La cantidad aplicada aumenta de 1 a 3.
** Valores seguidos por la misma letra no presentan diferencia significativa estadísticamente entre ellos.
Los efectos nocivos que puede tener el riego sobre algunas de las propiedades del suelo y/o sobre
el rendimiento de los cultivos, pueden ser ocasionados por errores de diseño del sistema
(incluyendo el drenaje inadecuado) o por el uso de aguas inadecuadas para llevar a cabo esta
práctica.
Los errores de diseño pueden estar relacionados con errores en los cálculos de la cantidad de agua
que se debe aplicar (ésto puede explicar parte de los resultados de la Tabla 11.9). Un exceso de
agua aplicado al suelo puede elevar el nivel freático del mismo, lo cual puede conllevar
incrementos en el aporte de sales y/o sodio a la zona donde se encuentran las raíces de las
plantas; los problemas relacionados con dichos incrementos se exponen en el Capítulo 14.
También, la aplicación excesiva de agua al suelo, dependiendo del sistema de riego que se utilice,
puede incrementar la percolación profunda de agua. Ésta produce una intensa lixiviación, o puede
generar unos altos excedentes que se evacuan superficialmente, como escorrentía, que aumentan
los riesgos de erosión del suelo.
Por el contrario, si se aplica menor cantidad de agua de la requerida, aparte de que la planta va a
sufrir estrés hídrico, en el suelo habrá solubilización de sales y de otros compuestos que no
276
podrán ser lavados de él y que se irán acumulando a cierta profundidad generando horizontes
salinos, sódicos, gípsicos, etc., que pueden convertirse en limitantes químicos para el desarrollo
radicular.
Otro error, relacionado con los riegos, es no considerar el drenaje en su diseño; es indispensable
diseñar aquellas obras que permitan eliminar los excesos de agua que se apliquen al suelo, así
como las láminas de agua que se aplican para el lavado de las sales que se disuelven con él.
Con respecto a la calidad de las aguas que se utilicen para riego, García (1991) recopila los
criterios propuestos por la FAO para hacer la evaluación de aquella, como se muestra en la Tabla
11.10.
TABLA 11.10. Algunos criterios propuestos por la FAO para evaluar la calidad de las aguas para riego. (Tomada
parcialmente de García, 1991).
GRADO DE RESTRICCIÓN PARA EL USO
PROPIEDAD* UNIDADES
NINGUNO LEVE A MODERADO SEVERO
CE dS m-1 < 0.7 0.7 a 3 > 3
TDS Mg L-1 < 450 450 a 2000 > 2000
TOXICIDADES
Con Na+
Riego Superficial meq L-1 < 3 3 a 9 > 9
Riego Aspersión meq L-1 < 3 > 3** -
Con Cl-
Riego Superficial meq L-1 < 4 4 a 10 > 10
Riego Aspersión meq L-1 < 3 > 3** -
Con Boro meq L-1 < 0.7 0.7 a 3 > 3
Con NO3
- meq L-1 < 5 5 a 30 > 30
Con HCO3
- meq L-1 < 1.5 1.5 a 8.5 > 8.5
pH: Rango Normal 6.5 a 8.4
* CE: Conductividad eléctrica (ver numeral 3.3.1 del Capítulo 14). TDS: Total de sólidos disueltos.
** Con esta condición se producen daños en el follaje (quemazón), no en el suelo.
1.4. EL DRENAJE
Gavande (1987) define el drenaje como aquel conjunto de técnicas que permiten eliminar en
forma rápida y segura el agua libre de la superficie del suelo y/o de la zona radicular del mismo,
para evitar daños a la planta y mantener unas condiciones adecuadas en el suelo.
Cuando se elimina el exceso de agua que se aplicó en un riego o que cayó en un aguacero y que
quedó estancada en la superficie del terreno, se está haciendo drenaje superficial; cuando se
quiere controlar el nivel freático del suelo, se hace drenaje subterráneo.
1.4.1. Efectos del mal drenaje
Pizarro (1978) comenta los siguientes efectos producidos por la deficiencia de drenaje en el
suelo:
q Aireación deficiente, reduciéndose el O2 y aumentando el CO2, lo que reduce la
respiración de la planta y, por ende, la absorción y traslocación de nutrientes y de agua.
277
q Transformación de algunos elementos y compuestos a formas tóxicas para plantas y
microorganismos.
q Alteración de la población microbiana.
q Incremento en las pérdidas de nitrógeno por volatilización.
q Deterioro de la estructura del suelo porque se dificulta la cementación de los agregados;
ésto, a su vez, facilita la compactación y reduce el desarrollo radicular y la permeabilidad.
q Los suelos húmedos son más fríos; ésto reduce la germinación de semillas y el desarrollo
radicular.
1.4.2. Beneficios del drenaje
Aparte de mejorarse las propiedades que se afectan cuando el drenaje es malo, como las
enumeradas anteriormente, Gavande (1987) anota los siguientes beneficios del buen drenaje:
q Se facilita el laboreo del suelo.
q Se aumenta el tiempo de uso del suelo en explotación.
q Aumenta el volumen aprovechable del suelo.
q Ayuda a eliminar sales del perfil y se evita su ascenso futuro por capilaridad.
q Mejoran las condiciones fitosanitarias de los cultivos.
1.5. EL USO DE LA TIERRA
El suelo va evolucionando bajo el control de unos determinados factores de formación, entre los
cuales se cuenta la vegetación. Dichos factores le van imprimiendo una serie de características,
las cuales sufren cambios importantes cuando alguno de los factores es alterado con respecto a su
situación original.
Los cambios que se generan en el suelo, al cambiar su cobertura vegetal original por otra, se
producen en las propiedades químicas y en las físicas del mismo, como lo demuestran los
resultados obtenidos por Ordóñez et al (1992) al evaluar las propiedades de suelos del Guaviare
(Colombia), cuando cambiaron su cobertura original de bosque por cultivos o por pastos.
Según los resultados de Ordóñez et al (1992), la densidad aparente se incrementa y la porosidad
total y el almacenamiento de agua disminuyen, al comparar los valores obtenidos en suelos bajo
bosque con los mismos suelos con cultivos y, en mayor proporción, cuando se comparan con
suelos de potreros de más de 5 años de establecidos, con pastoreo continuo; el efecto nocivo del
uso pecuario fue mucho mayor que el de los cultivos en estos suelos, en todos los paisajes
estudiados.
Ejemplos del efecto protector que tiene la cobertura de bosque sobre las propiedades físicas del
suelo los suministran Escobar et al (1993), quienes encontraron los resultados que se presentan en
la Figura 11.6 y en la Tabla 11.11; obsérvese la baja escorrentía que se genera en el suelo bajo
bosque, así como las pocas pérdidas de suelo y agua que se producen en él, en comparación con
las originadas en suelo desnudo.
En la Figura 11.6 se aprecia como el bosque es la cobertura que le da mayor infiltración y menor
escorrentía al suelo, situación que también se refleja en las menores pérdidas de suelo y de agua
que se presentan bajo esta cobertura.
278
Los resultados de los trabajos de Amézquita et al (1997b) también ponen de manifiesto la
importancia de la cobertura vegetal natural en el mantenimiento de unas adecuadas condiciones
físicas en el suelo.
FIGURA 11.6. Efecto de la cobertura de un Ultisol de Florencia (Caquetá) sobre su relación infiltración –
escorrentía, con respecto a la precipitación promedia anual (2900 mm); promedios de 12 años de
observaciones. (Con base en resultados de Escobar et al, 1993).
TABLA 11.11. Efecto de la cobertura del suelo sobre las pérdidas de material sólido y de agua en un Ultisol del
Caquetá (Colombia); promedio anual con 12 años de registro. (Resultados de Escobar et al, 1993).
COBERTURA PÉRDIDA DE SUELO (t ha-1) PÉRDIDA DE AGUA POR ESCORRENTÍA (mm)
Bosque 0.281 135
Rastrojo 0.327 187
Suelo + mulch* 1 281
Suelo desnudo 27.7 1176
* Mulch: Ver numeral 2.3 del Capítulo 17.
En un Typic Haplustox caolinítico isohipertérmico de los Llanos Orientales de Colombia,
sometido al mismo manejo durante 7 años, Amézquita et al (1997b) estudiaron la distribución de
agregados y su estabilidad en los primeros 25 cm del suelo. Encontraron los resultados que se
presentan en las Figuras 11.7 y 11.8.
La Figura 11.7 muestra la distribución que presentaron los agregados mayores y menores a 2 mm
de diámetro, como resultado de los diferentes manejos del suelo; se observa como en el
tratamiento testigo (sabana natural) hay un equilibrio en la distribución de los tamaños de los
agregados, lo que favorece un adecuado espacio poroso y unas buenas relaciones hídricas en los
suelos que estaban bajo este sistema de manejo.
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
1 2 0
BOSQUE
RASTROJO
MULCH
DESNUDO
%
I N F I L T R A C I Ó N E S C O R R E N T Í A
279
Por el contrario, cuando se implantó en aquel suelo el monocultivo del arroz, la proporción de
agregados mayores a 2 mm decreció drásticamente, dando paso a la dominancia de agregados
finos en el suelo que no garantizan un adecuado funcionamiento de la porosidad en aquel; efectos
similares a los anteriores ha reportado Castro (1995) para suelos del valle del Magdalena, en el
Tolima, como consecuencia del monocultivo del arroz en esa región.
FIGURA 11.7. Contenido de agregados mayores y menores de 2 mm en un Typic Haplustox caolinítico,
isohipertérmico de los Llanos Orientales de Colombia, después de 7 años de estar sometidos al
mismo sistema de manejo. A: Arroz continuo. B: Brachiaria solo. BL: Brachiaria con leguminosas
y rastrillada dos veces. T: Sabana nativa como testigo. (Con base en resultados de Amézquita et al,
1997b).
FIGURA 11.8. Estabilidad de los agregados de un Typic Haplustox caolinítico isohipertérmico de los Llanos
Orientales de Colombia, después de 7 años de estar sometido al mismo manejo. Para el significado
de los tratamientos, ver Figura 11.7. (Con base en resultados de Amézquita et al 1997b).
73,32
26,68
58,73
41,27
53,04
46,96 46,64
53,36
0
10
20
30
40
50
60
70
80
CONTENIDO DE
AGREGADOS (%)
A B BL T
TRATAMIENTO
< 2 mm > 2 mm
9 3 , 4 2
8 3 , 9 6
7 9 , 3 9
7 5 , 4 7
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0
T
A
B L
B
TRATAMIENTO
(% )
> 2 0 , 5 - 2 0 , 1 2 5 - 0 , 5 < 0 , 1 2 5
280
Al evaluar la estabilidad de los agregados, la Figura 11.8 muestra con claridad la gran estabilidad
estructural que presentan los suelos que se encuentran bajo sabana nativa, evidenciando que este
sistema de manejo, no sólo produce el mejor equilibrio en la distribución de los agregados, sino
que, además, dichos agregados son resistentes al agua.
Forero et al (1998) estudiaron el efecto de 7 sistemas de uso de la tierra sobre algunas
propiedades físicas de los primeros 10 cm del suelo en un área aproximada de 20000 ha en el
departamento del Meta (Colombia); obtuvieron los resultados que se exponen en la Tabla 11.12.
Los usos evaluados fueron:
q BS: Bosque secundario de más de 15 años
q PM: Pradera mejorada de 4 años
q AB: Arroz – barbecho; 2 años de descanso y 5 años de arroz antes
q AP: Arroz con pastoreo de soca durante 20 años
q LA: Lotes abandonados 4 años; antes arroz por más de 20 años; al hacer el trabajo estaban
con ganadería intensiva con gramas nativas
q AR1: Arroz riego monocultivo por 10 años
q AR2: Arroz riego monocultivo por 20 años
TABLA 11.12. Efecto de diferentes tipos de uso de la tierra sobre algunas propiedades físicas en los primeros 10 cm
de suelos del departamento del Meta (Resultados de Forero et al, 1998).
PROPIEDAD SISTEMA DE MANEJO
BS PM AB AP LA AR1 AR2
Da (Mg m-3) 1.18 1.24 1.22 1.42 1.55 1.19 1.51
Ksat (cm h-1) 17.5 3.28 0.58 0.78 0.21 0.60 0.32
Porosidad total (%) 56.13 54.07 54.14 47.71 42.16 55.26 42.37
Macroporos (%) 16.34 14.22 22.33 11.14 1.43 11.29 0.69
Mesoporos (%) 15.94 3.22 2.79 2.96 6.12 5.28 5.89
Microporos (%) 23.85 36.63 29.02 33.31 34.61 38.69 35.79
En la Tabla 11.12 se observa como los usos intensivos en arroz durante más de 10 años son los
que mayor daño han hecho a los suelos estudiados. También es notable el mejoramiento de las
propiedades físicas de los suelos que han estado bajo vegetación de bosque durante los 15 años
anteriores al estudio.
Ortiz (1998) estudió el efecto que tenía el cambio de cobertura vegetal y de uso, de bosque de 20
años a caña de azúcar, sobre algunas propiedades físicas de un Ferrasol de Cuba y obtuvo los
resultados de la Tabla 11.13. Se aprecia en ella como se incrementa la susceptibilidad del suelo a
la erosión por efecto del intenso laboreo a que es sometido cuando se usa en cultivo.
Finalmente, es bueno destacar como se van extendiendo, en área, los cambios que se producen
por el efecto del uso del suelo bajo los mismos sistemas de manejo durante períodos de tiempo
prolongados; Torrente et al (1998) estudiaron los cambios que se han producido en algunas
propiedades de los suelos del distrito de riegos del Juncal, departamento del Huila; calificaron el
estado de las propiedades analizadas y determinaron el área ocupada por cada clase de propiedad.
Compararon estos resultados con las condiciones iniciales de los suelos y encontraron los
resultados que se exponen en la Tabla 11.14.
281
TABLA 11.13. Cambios en algunas propiedades físicas de un Ferrasol de Cuba, por efecto del cambio de bosque a
cultivo de caña de azúcar (Resultados de Ortiz, 1998).
PROPIEDAD BOSQUE DE 20 AÑOS CAÑA DE AZÚCAR
Coeficiente de dispersión (%) 18.55 32.56
Agregados estables al agua > 0.25 mm (%) 90.14 72.60
Capacidad de campo (%) 35.77 27.00
Límite líquido (%) 40.12 33.28
Límite plástico (%) 29.79 23.05
Da (Mg m-3) 1.15 1.32
El distrito de riegos del Juncal tiene un área de 3965 ha; el uso de la tierra antes de él era
ganadería extensiva y después cambió a cultivos intensivos, principalmente de arroz en
monocultivo; hay unas pequeñas áreas que se explotan con arroz en rotación con sorgo, maíz y/o
algodón. La fuente de agua para el distrito es el río Magdalena, del cual se toma mediante
bombeo. Los resultados expuestos en la Tabla 11.14 muestran los cambios producidos después de
25 años de funcionamiento del distrito (Torrente et al, 1998).
TABLA 11.14. Algunos cambios producidos en propiedades físico – químicas de suelos del distrito de riegos del
Juncal, departamento del Huila, por efecto del uso de prácticas de manejo de suelos y de aguas
intensivas, después de 25 años (Con base en resultados de Torrente et al, 1998).
ÁREA AFECTADA (%)
PROPIEDAD CONDICIÓN
INICIAL (EN 1968) EN 1994
Media 9.8 40.9
Textura Pesada 90.2 59.1
Infiltración Moderada 21.9 0
Lenta 78.1 100
Moderada 10.8 7.0
Ksat
Lenta 89.2 93.0
Alta (> 1.6) 93.0 100
Da Baja (< 1.0) 7.0 0
Muy baja 14.5 76.2
Agua aprovechable Baja 75.7 0
Media 9.8 23.8
Extremadamente ácido 36.7 0
Muy fuertemente ácido 41.9 0
Medianamente ácido 21.4 30.6
Ligeramente ácido 0 34.4
pH
Neutro 0 35.0
Alto 0 7.4
Medio 0 57.6
Contenido de materia
orgánica
Bajo 100 35.0
En la Tabla 11.14 se observa una tendencia en los suelos a tornarse de texturas más gruesas,
probablemente debido a la pérdida de partículas finas por erosión y/o al aporte de partículas
gruesas en el agua de riego. Se aprecia, además, que la densidad aparente ha incrementado con el
tiempo, evidenciando procesos de compactación en los suelos, lo que concuerda, también, con el
deterioro en la infiltración y en la conductividad hidráulica y con la pérdida de capacidad de
almacenamiento de agua en ellos.
282
Desde el punto de vista químico, se ha producido un mejoramiento en la reacción de los suelos
puesto que aquellos más ácidos han pasado a otras categorías más cercanas a la neutralidad; este
comportamiento obedece, probablemente, a la adición continua de enmiendas a los suelos como
parte del manejo de su fertilidad. También se ha mejorado el nivel de materia orgánica en los
suelos, posiblemente debido a un manejo adecuado de los residuos de cosecha, mediante su
incorporación a los suelos.
RECORDAR
Ø Las causas más frecuentes de deterioro físico del suelo son la mecanización, el pastoreo,
el riego, el drenaje y el uso de la tierra, obviamente cuando se hacen inadecuadamente.
Ø Los tipos de labranza más comunes son: convencional, reducida, mínima y cero.
Ø Los problemas más comunes producidos por mala labranza son: aumento de la Da;
pérdida de macroporosidad; compactación; reducción en la infiltración, la conductividad
hidráulica, el almacenamiento de agua y en la estabilidad estructural; aumento de la
escorrentía y de la erosión.
Ø Antes de seleccionar un sistema de labranza se debe hacer un estudio de los suelos que
se van a laborar.
Ø La labranza mínima y la cero exigen suelos con buenas propiedades físicas y son más
adecuadas para suelos livianos y/o bien estructurados; en los suelos pesados se requiere
labranza completa.
Ø El principal efecto nocivo del pastoreo es la compactación del suelo y, en zonas de
pendientes pronunciadas, es el incremento de la susceptibilidad del suelo a los
movimientos en masa.
Ø Hay 3 sistemas básicos de riego: superficial, por aspersión y localizado; la selección de
cualesquiera de ellos exige estudios de suelos, de aguas y de costos, así como
conocimiento del cultivo a regar.
Ø Los errores que pueden cometerse con el riego, que afecten el suelo, son de diseño,
incluyendo mal diseño u omisión del drenaje, y de calidad de agua.
Ø El monocultivo intensivo por tiempo prolongado es una causa importante de deterioro
físico del suelo.
Ø El cambio de cobertura vegetal del suelo, de bosque natural a uso agropecuario,
disminuye la calidad del medio físico edáfico.
2. RECUPERACIÓN DEL MEDIO FÍSICO EDÁFICO
Para mantener un adecuado medio físico en el suelo, se deben implementar aquellas prácticas de
manejo que garanticen que no se va a hacer un uso abusivo del mismo. Éstas se refieren a la
utilización de la labranza y a la selección adecuada de los implementos de acuerdo con el suelo y
el cultivo; además, llevarla a cabo en las condiciones de humedad óptimas para el suelo y en la
cantidad justa. El mantenimiento de las condiciones de humedad apropiadas para el cultivo se
logra con la ayuda de sistemas adecuados de riego y drenaje, así como con el manejo de
coberturas en el suelo, etc.
283
Existen prácticas que favorecen la permanencia de la materia orgánica del suelo en él: evitar la
erosión, las quemas, el sobrepastoreo, la sobremecanización, etcétera. Además, aquellas prácticas
que aportan este valioso material al suelo deben llevarse a cabo; a continuación se analizan
brevemente algunos manejos de suelos que ayudan a mantener y/o recuperar la estructura del
mismo, propiedad que es indispensable para tener un medio físico adecuado en el suelo.
2.1. ROTACIÓN DE CULTIVOS
Esta práctica consiste en sembrar diferentes cultivos alternadamente en el mismo suelo. Es una
manera de manejar racionalmente la fertilización, cuando para la rotación se seleccionan los
cultivos teniendo en cuenta sus diferentes exigencias nutricionales. Aparte de los beneficios que
se obtienen sobre la fertilidad, las rotaciones también generan mejoras en algunas propiedades
físicas del suelo, como puede apreciarse en las Figuras 11.9 y 11.10.
FIGURA 11.9. Efecto de diferentes rotaciones de cultivos sobre la densidad aparente del horizonte A de un Arenic
Haplustalf de El Espinal (Tolima), después de dos años de establecidas. A: Arroz; AL; Algodón; C:
Caupí; CR: Crotalaria; S: Sorgo; SY: Soya. (Con base en resultados de Gutiérrez, 1988).
En la Figura 11.9 es notable la reducción que se presenta en el valor de la densidad aparente del
suelo después de que estuvo sometido a 2 años de rotación con una leguminosa incorporada en
ella como abono verde (tratamiento S – CR – A); téngase en cuenta que la densidad aparente
inicial del suelo era de 1.65 Mg m-3.
Se observa también en la Figura 11.9 que el efecto de la leguminosa está condicionado por los
cultivos con los cuales se acompaña en la rotación, pues cuando ésta fue con algodón en lugar de
sorgo, la densidad aparente obtenida fue la mayor de todas (AL – CR – A).
En la Figura 11.10 se observa que también el tratamiento S – CR – A es el que le da al suelo la
mayor porosidad total, situación perfectamente lógica debido a la dependencia que tiene esta
1 , 5 3
1 , 5 1
1 , 4 9
1 , 4 8
1 , 3 7
1 , 4
1 , 4 8
1 , 2 5 1 , 3 1 , 3 5 1 , 4 1 , 4 5 1 , 5 1 , 5 5
S - A
S - C - A
S - C R - A
A L - A
A L - C - A
A L - C R - A
S Y - A
ROTACIONES
D a ( g c m - 3 )
284
propiedad de la densidad aparente; también en esta figura se presentan las inconsistencias
mencionadas, con respecto al comportamiento de las leguminosas, en el párrafo anterior; Castro
(1996) obtuvo resultados erráticos con la aplicación de abonos verdes de leguminosas en los
mismos suelos, lo que pone de manifiesto la necesidad de estudiar mejor esta práctica de manejo
de suelos con deterioro físico.
FIGURA 11.10. Efecto de diferentes rotaciones de cultivos sobre la porosidad total del horizonte A de un Arenic
Haplustalf de El Espinal (Tolima), después de 2 años de establecidas. Para significado de símbolos,
ver Figura 11.9. (Con base en resultados de Gutiérrez, 1988).
Si se observan los resultados de las Tablas 11.5 y 11.6 también se obtienen buenos ejemplos de lo
que podría ser una alternativa de manejo de suelos compactados a poca profundidad; si se
establecen rotaciones con diferentes hortalizas, teniendo en cuenta las diferencias en sus sistemas
radiculares, puede obtenerse una recuperación paulatina del medio físico del suelo.
2.2. USO DE ACONDICIONADORES FÍSICOS
Los acondicionadores físicos de suelos son compuestos o materiales que se le adicionan a aquel
para que formen agregados y contribuyan a estructurarlo, mejorando, de paso, aquellas
propiedades del suelo relacionadas con la porosidad. Los acondicionadores pueden ser naturales o
sintéticos.
43 42 43
46 48
42
35,5
43
0
10
20
30
40
50
60
INICIAL
S - A
S - C - A
S - CR - A
AL - A
AL - C - A
AL - CR - A
SY - A
TRATAMIENTOS
(%)
285
2.2.1. Acondicionadores físicos naturales
A este grupo pertenecen aquellos materiales inorgánicos como las arcillas y las sales floculantes,
así como una gran variedad de elementos y compuestos orgánicos que tienen una capacidad de
humificación relativamente alta. Entre todos los componentes posibles de utilizar, los que más
frecuentemente se usan son los orgánicos y, en términos generales, se pueden considerar en éste
grupo la mayoría de los materiales orgánicos descritos en el Capítulo 17.
El efecto de algunos acondicionadores naturales orgánicos puede verse en los resultados que se
presentan en las Tablas 11.15 y 11.16, las cuales recogen la información obtenida por Castro
(1988) acerca del efecto de mezclar diferentes dosis de cisco de café, tamo de arroz, cascarilla de
arroz, cascarilla de maní y estiércol de vacuno con materiales provenientes de los lodos
volcánicos de Armero, sobre la percolación y la producción de forraje verde de arroz en ensayos
preliminares de invernadero. Se observa en todos los casos que la percolación del agua y la
producción de forraje fue muy superior a lo obtenido en el testigo. En este caso, la mejora se dio
en porosidad ya que el tiempo de duración de los ensayos no fue suficiente para generar
estructura.
TABLA 11.15. Efecto de diferentes materiales orgánicos sobre la percolación de agua en lodos volcánicos de
Armero en ensayos de invernadero. (Con base en resultados de Castro, 1988).
MATERIAL MEJOR DOSIS (t ha-1) PERCOLACIÓN (mm h-1)
Tamo de arroz 50 58
Cisco de café 50 58
Cascarilla de arroz 200 58
Cascarilla de maní 12.5 38
Estiércol de vacuno 200 22
Testigo - 3
TABLA 11.16. Efecto de diferentes materiales orgánicos sobre la producción de forraje verde de arroz en 30 días, en
lodos volcánicos de Armero, en invernadero. (Con base en resultados de Castro, 1988).
MATERIAL MEJOR DOSIS (t ha-1) PRODUCCIÓN FORRAJE (t h-1)
Cascarilla de maní 200 5.65
Estiércol de vacuno 100 5.38
Cascarilla de arroz 200 4.88
Tamo de arroz 25 4.15
Cisco de café 12.5 3.1
Testigo - 1.7
Producción de un cultivo de arroz en un suelo normal de la zona 9
La caracterización física de los lodos volcánicos de Armero, realizada en 1986 por Frye (1993),
estableció que estos materiales presentaban una textura franco arenosa, con 40 a 50 % de gravas y
cascajos; masivos (sin estructura); con bajas infiltración y permeabilidad y baja capacidad de
retención de humedad; como se ve, son materiales con serias limitaciones físicas para su uso
agropecuario.
286
2.2.2. Acondicionadores físicos sintéticos
Son sustancias que cumplen el papel de mejorar las condiciones físicas del suelo y que se
producen artificialmente o que son subproductos industriales; los efectos más importantes que
producen en el suelo son evitar el encostramiento superficial, producir y mantener estructura,
mejorar la infiltración y, en general, mejorar aquellas propiedades que se relacionan con la
estructura.
Los productos que más comúnmente se utilizan como acondicionadores sintéticos son polímeros
orgánicos de alto peso molecular, existiendo también emulsiones, espumas y algunos silicatos
amorfos y otras sales inorgánicas. Además, se producen con características hidrofílicas o
hidrofóbicas, catiónicas o aniónicas; entre el primer grupo, los más conocidos son las
poliacrilamidas (PAM), el alcohol polivinílico (PVA) y el acetato de polivinilo (PVAc); entre
las emulsiones son comunes las asfálticas o bitúmenes; los mecanismos por los cuales
interactúan con los sólidos del suelo comprenden la formación de enlaces o puentes, adsorción,
reacción química o formación de complejos.
Estos materiales se pueden aplicar al suelo en seco, mezclando ambos con maquinaria, o en
solución, adicionándolo a la superficie con el agua de riego e incorporándolo 1 ó 2 días después,
siendo este último el método más común; los acondicionadores sintéticos actúan en el suelo a
concentraciones tan bajas como del 0.1%, con base en el peso del suelo.
Varios investigadores han encontrado que la aplicación diluida en el agua de riego es más
eficiente que la aplicación del material seco (Mitchell, 1986; Wallace et al, 1986b); sin embargo,
Madriñán y González (1991) encontraron que dicho comportamiento era cierto en suelos de
texturas livianas del Valle del Cauca, pero que operaba al contrario cuando los suelos se tornaban
de textura media a fina; Wallace y Wallace (1986) tampoco encontraron consistencia en sus
resultados al cambiar el sistema de aplicación del acondicionador.
Madriñán y González (1991) establecen algunas ventajas de los acondicionadores sintéticos,
frente a los naturales, como:
q Efecto inmediato.
q Efecto residual largo.
q Se deben utilizar en dosis muy bajas, lo cual disminuye costos de transporte y aplicación.
q Hay una reducción considerable en el consumo de agua.
La principal desventaja de estos materiales es su elevado costo, el cual ha hecho, hasta la fecha,
que no sea un material de uso común en los procesos de recuperación o de mejoramiento físico de
los suelos, aparte de que explica, al menos parcialmente, la falta de investigación que hay sobre
este tema.
Terry y Nelson (1986) aplicaron PAM en un suelo franco arcilloso (Calcic Argixerolls franco
fino, mezclado, mésico), a razón de 650 kg ha-1 y al cabo de 10 y 60 días de iniciado el
experimento encontraron los resultados que se muestran en la Tabla 11.17. En dicha tabla se ve
como los efectos nocivos que puede tener el riego por inundación sobre el medio físico del suelo,
pueden ser contrarrestados por la aplicación de riego por aspersión o por la aplicación de
acondicionadores físicos de suelos.
287
TABLA 11.17. Efecto de la aplicación de PAM y del sistema de riego sobre algunas propiedades físicas de los
primeros 5 cm de un suelo franco arcilloso de Utah (USA). (Resultados de Terry y Nelson, 1986).
Da (Mg m-3) Resistencia a la penetración (Mg m-2)
Acondicionador Riego
12 de Julio 30 de Agosto 12 de Julio 30 de Agosto
Ninguno Inundación 1.17 1.20 10.7 19.6
PAM Inundación 1.06 1.02 1.0 5.3
Ninguno Aspersión 1.08 1.05 6.0 4.5
En el trabajo citado en la Tabla 11.17 también se encontró que la estabilidad de los agregados, de
los suelos que recibieron PAM, fue de 3 a 4 veces mayor que la de aquellos suelos que no
recibieron el acondicionador y que la infiltración, después de 130 minutos, en los suelos con
PAM y con riego por aspersión fue aproximadamente el doble de la del testigo.
Wallace y Wallace (1986) lograron reducir las pérdidas de suelo por erosión, en más del 90%, en
un Xerorthent franco de California (USA), mediante la aplicación de PAM, en dosis tan bajas
como de 11.2 kg ha-1, dependiendo de la forma de aplicación y del tipo de poliacrilamida que
utilizaron.
Wallace et al (1986b) aplicaron una poliacrilamida aniónica a un suelo franco de Los Ángeles
(California, USA), en una concentración de 0.044% del peso del suelo seco, equivalente a 977 kg
ha-1 de material y obtuvieron los resultados que se aprecian en la Tabla 11.18.
TABLA 11.18. Efecto de la aplicación de PAM aniónica en algunas propiedades físicas de los primeros 15 cm de un
suelo franco de Los Ángeles (USA). (Tomados parcialmente de Wallace et al, 1986b).
PROPIEDAD SUELO SIN TRATAR SUELO TRATADO
Da (Mg m-3) 1.95 1.24
Porosidad total (%) 24.4 51.9
Rata de infiltración de agua (mm h-1) 41 328
Wallace et al (1986a) lograron mejorar las condiciones físicas de un suelo sódico (Natrargid)
mediante la adición de PAM aniónica; como consecuencia de este mejoramiento, se incrementó
la emergencia y la producción de materia seca de plantas de tomate sembradas en él; en la Tabla
11.19 se aprecia el efecto de la aplicación del acondicionador sobre la capacidad de infiltración
de agua en el suelo.
TABLA 11.19. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de PAM aniónica sobre la capacidad de infiltración de
agua de un suelo sódico de California (USA). (Tomada parcialmente de Wallace et al, 1986a).
DOSIS DE PAM (kg ha-1) TIEMPO PARA INFILTRAR 25 mL DE AGUA EN 25 g DE SUELO (s)
0 270
28 95
56 70
112 45
168 45
224 45
No siempre la aplicación de acondicionadores sintéticos produce mejoras en el suelo en el cual se
aplican; Hartmann et al (1976) encontraron que la aplicación de PAM, de PVA y de emulsiones
288
asfálticas, en suelos arenosos, produjo decrecimientos en la infiltración y en la penetración del
frente de humedecimiento en ellos, debido a que le imprimieron algún grado de hidrofobicidad al
suelo, el cual afectó sus relaciones hídricas.
La evidencia del comportamiento expuesto en el párrafo anterior la obtuvieron al calcular el
ángulo de contacto entre el agua en ascenso capilar y el suelo contenido en columnas de vidrio,
como se muestra en la Tabla 11.20; este comportamiento obedeció a un efecto de superficie
específica, pues al cambiar el suelo a uno de textura franco limosa la hidrofobicidad no fue
inducida por los acondicionadores.
TABLA 11.20. Angulo de contacto (grados) entre el agua y dos suelos arenosos tratados con acondicionadores
físicos sintéticos, en columnas de ascenso capilar. (Tomada parcialmente de Hartmann et al, 1976).
MUESTRA TESTIGO CON PVA CON PAM
SUELO 1 38 60 76
SUELO 2 54 57 81
* Con emulsión asfáltica no se pudo medir el ángulo porque el suelo se tornó completamente repelente al agua.
Para ilustrar el empleo de acondicionadores sintéticos en Colombia, se pueden mencionar los
resultados obtenidos por Fandiño et al (1993) en un Andisol de la Sabana de Bogotá sometido a
laboreo convencional durante 9 años, con emulsiones asfálticas ácidas y catiónicas; en la Tabla
11.21 se presenta la distribución de macro y microagregados en el suelo por efecto de la
aplicación de diferentes dosis de emulsión, evaluados en diferentes tiempos después de la
incorporación de aquella.
TABLA 11.21. Cambios en el contenido de macro y microagregados de un Dystric Haplustand medial isomésico de
la Sabana de Bogotá, producidos en 3 meses, después de la aplicación de diferentes dosis de
emulsiones asfálticas. (Resultados de Fandiño et al, 1993).
CONCENTRACIÓN DE LA EMULSIÓN (%)
0.5 1 1.5
SEMANA SEMANA SEMANA
DIÁMETRO
DE
AGREGADOS
(mm) 0 1 12 0 1 12 0 1 12
8 – 4 8.64 16.26 43.06 9.41 26.66 41.61 10.05 27.71 37.90
4 – 2 7.85 10.02 9.68 6.83 10.81 8.03 7.32 10.16 7.62
< 0.25 63.47 52.98 34.56 66.15 45.73 39.80 65.17 47.92 44.21
En la Tabla 11.21 se observa como se va incrementando la cantidad de agregados grandes en el
suelo, a medida que transcurre el tiempo de acción de la emulsión, en todas las concentraciones
utilizadas. Así mismo, hay una reducción importante en el contenido de microagregados; cabe
aclarar que no se obtuvieron diferencias significativas entre los diferentes tratamientos, en la
formación de agregados mayores de 2 mm.
En los mismos suelos, del trabajo mencionado en el párrafo anterior, González et al (1993)
evaluaron el efecto que tenía la aplicación de las emulsiones asfálticas sobre las pérdidas de suelo
por erosión y de agua por escorrentía, obteniendo los resultados que se exponen en las Figuras
11.11 y 11.12.
289
FIGURA 11.11. Efecto de la aplicación de emulsión asfáltica en la pérdida de suelo por escorrentía superficial en un
Dystric Haplustand medial isomésico de la Sabana de Bogotá, sometido a una lluvia artificial de 68
mm h-1 de intensidad, durante 30 minutos. (Con base en resultados de González et al, 1993).
Para el estudio mencionado en el párrafo anterior se utilizó un simulador de lluvia que suministró
un aguacero con una intensidad de 68 mm h- 1 durante 30 minutos; además, se estudiaron tres
pendientes diferentes para hacer las evaluaciones.
En la Figura 11.11, como era de esperarse, se presentaron las menores pérdidas de suelo cuando
se presentaba la menor pendiente, en cualesquiera de los tratamientos; también se observa que a
medida que se incrementa la concentración de emulsión aplicada, se reduce la pérdida de suelo.
Es claro, también, en dicha figura, que al irse incrementando la concentración de la emulsión, el
peso que tiene la pendiente en la pérdida de suelo también disminuye.
En la Figura 11.12 también es evidente el efecto que tiene la pendiente sobre las pérdidas de agua
por escorrentía, pero, además, también lo es el efecto que ejerce la aplicación de las emulsiones
en reducir dichas pérdidas.
La reducción observada en las pérdidas de suelo y de agua de los suelos analizados en el último
párrafo obedece al mejoramiento que ha tenido la estructura del suelo por la adición de los
acondicionadores y, de paso, a la adecuación que ganaron, como consecuencia, la porosidad total
y la macroporosidad del mismo, lo que mejoró la resistencia de los agregados al impacto de las
gotas de lluvia y la capacidad de infiltración del agua.
0
50
100
150
200
0.0 0.5 1.0 1.5
CONCENTRACIÓN DE LA EMULSIÓN (%)
PÉRDIDA DE SUELO
(kg ha-1)
PENDIENTE 3% 12% 25%
290
FIGURA 11.12. Efecto de la aplicación de emulsiones asfálticas sobre la cantidad de escorrentía producida en un
Dystric Haplustand medial isomésico de la Sabana de Bogotá, sometido a una lluvia artificial de 68
mm h-1 de intensidad, durante 30 min. (Con base en resultados de González et al, 1993).
RECORDAR
Ø Para mantener un adecuado medio físico en el suelo, las prácticas de manejo del mismo
deben hacerse en la cantidad justa y en las condiciones de humedad adecuadas para el
suelo.
Ø Las prácticas que promuevan la acumulación de materia orgánica en el suelo deben
llevarse a cabo: evitar erosión, quemas, sobrepastoreo, sobremecanización; utilizar el
suelo según sus posibilidades de uso.
Ø Cuando el medio físico edáfico está deteriorado, la rotación de cultivos y/o la adición de
acondicionadores físicos son alternativas disponibles para recuperar dicha calidad física.
Ø Los acondicionadores físicos que se utilizan con más frecuencia son de composición
orgánica, tanto si son naturales como si son sintéticos.
Ø El principal efecto de los acondicionadores físicos consiste en aglutinar y mantener
unidas partículas de suelo y formar una pseudoestructura que, a su vez, mejora la
infiltración y la resistencia a la erosión.
Ø El uso de los acondicionadores sintéticos se ve limitado por los altos costos que tienen,
aunque tienen un efecto inmediato y relativamente duradero.
0
1
2
3
4
5
6
7
LÁMINA DE AGUA
DE ESCORRENTÍA
(mm)
0 0,5 1 1,5
CONCENTRACIÓN DE LA EMULSIÓN (%)
3% 12% 25%
PENDIENTE
291
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AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Cuándo se dice que un suelo está degradado?.
2. Diga cuatro causas de deterioro físico del suelo.
3. ¿Para qué se somete un suelo a laboreo?.
4. ¿Cuáles son las principales operaciones de labranza de un suelo?. ¿En qué consisten?.
5. ¿Cuáles son los principales tipos de labranza que se aplican al suelo y en qué consiste cada uno?.
6. ¿Cuándo es recomendable el uso de la labranza cero?.
7. ¿Cuáles propiedades del suelo se deben caracterizar para seleccionar un determinado sistema de
labranza en él?.
8. Enumere 7 problemas que se pueden ocasionar en el suelo por efecto de una mala labranza.
9. ¿Por qué la sobremecanización puede producir encostramiento superficial en el suelo?.
10. Enumere los sistemas de pastoreo descritos en el texto y diga en qué consiste cada uno.
11. Mencionar dos acciones de manejo que ayuden a disminuir los riesgos de deterioro del suelo por el
pastoreo.
12. Enumere los sistemas de riego descritos y diga en qué condiciones se debe utilizar cada uno.
13. ¿Qué puede suceder en el suelo si se aplica exceso de riego?. ¿Y si se aplica menor cantidad de la
requerida?.
14. ¿A qué se llama drenaje en suelos?.
15. Enumere 5 efectos que tenga el mal drenaje en el suelo.
16. Enumere cuatro prácticas de manejo del suelo que ayuden a recuperarlo físicamente.
17. ¿En qué consiste la rotación de cultivos?.
18. ¿Qué son acondicionadores físicos de suelos?. ¿Qué origen tienen?.
19. ¿Qué ventajas tienen los acondicionadores físicos sintéticos sobre los naturales?.
20. ¿Cuál es el principal limitante para utilizar los acondicionadores físicos sintéticos?. ¿Su aplicación
debe hacerse en altas dosis?.
EVALUACIÓN
1. Con los datos que se dan a continuación establezca a qué profundidad se presenta la mayor restricción
para el desarrollo radicular de la planta, teniendo en cuenta lo relacionado con la humedad y con la
aireación; sustente su respuesta y presente los cálculos necesarios.
294
Prof. Mg m-3 Contenido de (%) % W a las atm
(cm) Da Dr A L Ar 0.1 0.3 5 10 15
0 - 17 1.1 2.5 30 29 41 49 40 26 23 21
17 - 37 1.6 2.7 58 17 25 34 24 13 12 11
37 - 45 1.6 2.7 64 28 8 18 13 6 5 4
45 - 95 1.0 2.6 47 40 13 47 35 23 19 19
(R: El horizonte más limitante para el desarrollo radicular es el segundo ya que tiene la menor
cantidad de agua aprovechable: 13% y la menor macroporosidad: 2.3%. Además, tiene una Da muy
alta con relación a la textura que presenta, lo que implica una alta probabilidad de que ese horizonte
esté compactado).
2. Si en el suelo anterior se van a sembrar árboles frutales, ¿qué prácticas recomendaría hacer para que
esta siembra tuviera éxito?. Se debe consultar bibliografía.
3. Analizar los resultados expuestos en la Figura 11.9 y explicar por qué ellos son mejores en las
rotaciones en las cuales interviene el sorgo, en comparación con aquellas en las cuales el sorgo es
reemplazado por algodón.
LAS PROPIEDADES