agua del suelo

*Propiedades Fsicas del Suelo

AGUA DEL SUELOIng. Carlos A. Cachi Ramirez

Ing. Carlos A. Cachi Ramirez

*Ciclo hidrolgicoAgua almacenada(+)Escurrimiento subterrneo(-)Escurrimiento subterrneo(+)IntercepcinEvapotranspiracin(-)Agua freticaEscurrimiento superficial(+)Escurrimiento superficial(-)Precipitacin(+)Condensacin(+)Infiltracin(+)Efecto capilar(+)(-) Percolacin(-)Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Ciclo hidrolgicoEcuacin bsica del balance hdricoP R - U - E + w =0, dondeP: precipitacinR: escurrimiento superficial y subterrneoU: Drenaje, percolacinE: evapotranspiracin (planta + suelo)w: agua almacenada (mm), diferencia entre inicio y el final del periodo en la profundidad principal de races.Balance de agua en el suelo (agua almacenada en el suelo): Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


Entradas

Precipitacin (P)

Irrigacin (I)

Salidas

Escorrenta (R)

Drenaje (U)

Evapotranspiracin (ET)

*Formas de agua en el suelo1.Agua de combinacin qumica: forma parte de compuestos qumicos, ej: limonita, Fe2O3 x 2H2O. Esta agua no es disponible para las plantas, y es biolgicamente inactiva.

2.Agua higroscpica: esta es el agua contenida en los suelos secos al aire, aquella que est en equilibrio con la humedad ambiente. Inactiva biolgicamente.

3.Agua capilar: agua contenida en los microporos del suelo. Disponible para las plantas. Biolgicamente activa.

4.Agua gravitacional (no capilar): agua contenida en los macroporos del suelo y que drena por la fuerza de gravedad (agua de drenaje). Si su movimiento es lento, puede ser utilizada por las plantas.Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Retencin del agua del SUELOCONSTANTES DE HUMEDADCapacidad de campo (CC): agua retenida en contra de la fuerza de gravedad cuando drena libremente; (en suelo bien drenado, agua presente luego de 2d. de aplicado el riego) CC: 0,33bares(0,033MPa) y 0,2-0,1bares en suelos arenosos

Punto de marchitez permanente (PMP): contenido de humedad del suelo al que la planta se marchita en forma irreversible PMP: 15bares (1,5MPa)

Coeficiente higroscpico (CH): agua del suelo seco al aire. en equilibrio con 98% de humedad relativa a temperatura ambienteCH: 31bares (3,1MPa)

AGUA TIL: comprendida entre CC y PMPIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*El agua en el sueloIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Porcentaje de Saturacin1/10 atmsferaAirePartcula de sueloAguaIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Humedad aprovechable (%)100500sat-33-1500-100m(kPa)75CURVA RETENCION HUMEDADIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Retencin del agua del suelo0,0331,5 MPaArcillaArenaAgua disponible30%7%Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Retencin de agua en suelos de Costa RicaIng. Carlos A. Cachi Ramirez


Suelo

Prof.

% agua

(ap

H2O

cm

0,34

15,1

g/cm3

til

Alajuela plano

0-18

70,5

30,0

0,60

40,5

Alajuela ondul.

0-18

63,5

30,0

0,83

33,5

Grecia

0-18

50,0

29,5

0,90

20,5

Ciruelas

0-18

56,0

35,0

0,79

21,0

Paraso

0-30

46,0

32,0

0,75

14,0

Cervantes

0-30

84,0

62,0

0,56

22,0

Birrisito

0-50

88,0

51,5

0,49

36,5

Instituto

0-30

42,0

27,0

1,82

15,0

*Humedad Aprovechable en funcin de la texturaIng. Carlos A. Cachi Ramirez

Textura del sueloCapacidad de campo (CC) Marchitez permanente (PMP) Humedad aprovechable (CC-PMP) Arenoso945Franco arenoso1468Franco221012Franco arcilloso271314Arcillo arenoso311516Arcilloso351718


*PMPC CAgua disponibleAgua no disponibleArena franco franco franco franco arcilloso arenoso limoso arcillosoAguasuelo(%)Contenido aguacm/m suelo30

24

18

12

6

0

40

30

20

10

AGUA DISPONIBLE en el sueloIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Fuerzas de retencin del agua ADHESIN: Fuerzas de atraccin entre las molculas de agua y partculas de suelo; electrostticas

COHESIN: Fuerzas de atraccin entre molculas de agua Las plantas ejercen cierta fuerza por unidad de rea de suelo para absorber agua (Presin= fuerza por unidad de rea). La unidad para expresar presin es el bar o cb:1 bar= 106 dinas/cm2Pascal en el SIU: 1Pa = 1 Newton/m2 (Newton = kg/m/s2) 1Pa = 10-5 bares 1Mpa = 106 Pa = 10 bares

Expresin de la energa de retencinIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Curvas de retencin/desabsorcin de aguaMuestran la relacin entre el contenido de humedad y la tensin del agua del suelo. La curva es caracterstica de cada suelo, pues influyen propiedades como textura (sup. especfica), estructura, MO, configuracin del espacio poroso.

Es relevante la sup. especfica de las arcillas, ya que la adsorcin del agua es un fenmeno superficial, as el rea expuesta, la densidad de carga y los cationes saturantes son de importancia. Ej.Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


Tipo arcilla

Suelo

CC

PMP

Agua til

Alofana

Birrisito

88

51,5

36,5

Haloisita

Instituto

42

27

15

*Potencial del agua en el sueloConcepto de potencial: medida de la energa libre del sistema, osea capacidad de hacer trabajo. La difusin del agua se da a favor de una gradiente de E. libre. (> a

*Potencial total del agua del suelototal = W + gEfecto fertilizacin (reduce potencial hdrico). Los anteriores se conocen como potenciales parciales del agua del suelo. g: se refiere al nivel fretico del suelo, que puede ascender capilarmente y ser empleado Potencial total: cantidad de trabajo (w) que debe realizarse por cada cm3 de agua para transportar una cantidad infinitesimal de agua desde una fuente hasta cierta posicin en el suelo. Efecto temperatura: Potencial de agua es > en suelos fros (< succin); esto no necesariamente es as pues el flujo de calor acarrea agua.Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Tabla de conversin para unidades del potencial de aguaPotencial matrical al cual debe aplicarse agua para la produccin mxima de varios cultivos. Valores altos cuando la evaporacin es alta y viceversa.Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


Julios/kg

Bar

cbares

Amsfera

Potencial

MPa

Peso (cm)

(106Pa)

1

0,01

1

0,00987

10,17

0,001

100

1

100

0,987

1017

0,1

101,3

1,013

101,3

1

1030

0,101

1000

10

1000

9,87

10170

1

Cultivo

m (julios/kg)

Succin matrical equiv. (cbares)

Caa Az. (Tens.)

-15 a -50

15 a 50

Tabaco

-30 a -80

30 a 80

Pastos

-30 a -100

30 a 100

Naranja

-20 a -100

20 a 100

Banano

-30 a -150

30 a 150

Papa

-30 a -50

30 a 50

*Formas de expresar el agua del suelo1. % agua por peso (agua gravimtrica) L + Sh - L +Ss x 100 = masa de agua x 100 g/g L + Ss - L masa suelo seco (110C)2. % agua volumtrica (agua volumtrica) Hg x ap x 100 a (=1) 3. Lmina de agua: agua del suelo en cm

Ej. Hg: 20%, ap: 1,25g/cm3, Prof: 30cma. Hv = (20 x 1,25)/1 = 25%b. 25/100 x 30 = 7,5 cm de agua (lmina)Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Clculo de intervalo y tiempo de riego (por gravedad)Ej. Maz (Zea mays L.)Prof. de enraizamiento: 50 cmReq. Agua: 0,6cm/da (uso consuntivo diario) Veloc. infilt. del agua del suelo: 0,76cm/h50% de agotamiento del agua del suelo1. Determinar lmina de agua:a. Agua til gravimtrica:A= 35 - 10= 25%B= 25 -10= 15% b. Agua volumtrica:A= 25 x 1,3= 32,5%B= 15 x 1,5= 22,5% Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


Horiz.

Prof

(ap

%Hg (MPa)

0,033

1,5

A

0 25

1,3

35

10

B

25 50

1,5

25

10

*Clculo de intervalo y tiempo de riego (por gravedad)c. Lmina de agua:A= 32,5/100 x 25 = 8,125cmB = 22,5/100 x 25 = 5,625Total = 13,753. Intervalo de riego: Agua a aplicar = 6,875 = 11,5 = 11das Req. del cultivo 0,6 2. Agua al 50% agotamiento13,75 x 0,5 = 6,875cm4. Tiempo de riego: Agua a aplicar = 6,875 = 9,04 = 9horas Veloc. infiltracin 0,76 Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Infiltracin de agua en el sueloEntrada vertical del agua al perfil del suelo. Funciona para: Escogencia y diseo del sistema de riego Longitud del recorrido del agua en relacin a la pendiente Lluvia efectiva El flujo disponible en un sistema por gravedad Tasa mxima de aplicacin de agua, sin escurrimiento Escorrenta Tiempo de estancamiento de agua sobre la superficie En general influye sobre agua efectiva y erosin Tiene unidades de velocidad cm/s o cm/h (ms usadas)Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


Grupo

Clases Hidrolgicas

A

0,76 1,14 > cm/h

B

0,38 0,76 cm/h

C

0,13 0,38 cm/h

D

< 0,13 cm/h

*Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*INFILTRACIONpercolacinescurrimientoIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Conductividad hidrulica del sueloHabilidad del suelo saturado de permitir el paso de agua Es necesario para frmulas de drenaje Influye sobre la infiltrabilidad y determina en parte el agua almacenada y erosin La conductividad hidrulica es el factor de proporcionalidad de la Ley de Darcy. (unidades de veloc.)Ley de Darcy: la velocidad del flujo de agua a travs de una columna de suelo saturado, es directamente proporcional a la diferencia en carga hidrulica e inversamente proporcional a la longitud de la columna Q = Kath/lK = Ql/Ath K = (cm/s)Q = (flujo cm3)A = (rea cm2=r2)t = tiempo (s)h = altura del agua (cm)l = altura del suelo (cm) Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Prdidas de agua del sueloPercolacin y Escorrenta (lquido) Evapotranspiracin (gaseosa)Evapotranspiracin: su clculo permite conocer el uso consuntivo consumo de agua por el cultivo* Thorwaite * Pennan * Blanney y Criddle* Tanque estndar de evaporacin Etp = cantidad mx. de agua evaporada por unidad de rea de terreno en la unidad de tiempo, de una superficie de suelo completamente cubierta de pasto, mantenido bajo frecuente corte, cuando el suministro de agua es ilimitadoLa Et se relaciona principalmente con:*Energa radiante*Viento*Presin del aire atmosfrico *Temperatura*Cantidad de agua presenteIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Uso consuntivoPara determinar el uso consuntivo se multiplica el valor Etp por un coeficiente de cultivo (Kc)Etp x Kc = U.C.Kc vara de 0,6 a 0,8 dependiendo del cultivo, poca, localizacin geogrficaKc = U.C. real U.C. terico EtpBajo dficit hdrico se ajusta Etp a Et, medianteKs = coeficiente del agua del sueloKs = Et/Etp Etp x Ks x Kc = U.C. U.C. Ciclo = i(Etp x Kc); i= N meses ciclo cultivoU.C. Diario = U.C. Ciclo/N das ciclo Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Uso consuntivo agua por los cultivosIng. Carlos A. Cachi Ramirez


Cultivo

Profundidad cm

Tasa de uso cm/da

Maz

105

0.68

Alfalfa

150

0.63

Pastos

60

0.72

Granos

45

0.53

Remolacha

90

0.65

Algodn

180

0.55

Papa

60

0.72

Hortalizas

30

0.50

Ctricos

180

0.48

Leguminosas

45

0.70

Tabaco

60

0.63

Arroz

60

0.43

*Necesidades de agua por periodos crticosIng. Carlos A. Cachi Ramirez


Cultivo

Estado

Papa

Floracin a cosecha

Meln

Floracin a cosecha

Maz

Floracin a estigmas

Tabaco

A floracin

Algodn

Formacin del primer botn a maduracin

Fresa

Formacin del primer fruto a maduracin

Remolacha

3 a 4 semanas luego de la siembra

Granos

Formacin de vaina a cosecha

Pastos

Despus del pastoreo

Alfalfa

Al florecimiento y luego de cada corte

Hortcolas

Al desarrollo del fruto

*Manejo de la relacin suelo-agua-plantaA. Caractersticas componente ambiente:1. Precipitacin y su distribucinRiegoDrenaje2. Temperatura (> determinante de Et)SombraMantillo-cobertura3. Radiacin solarSombra (calidad y cantidad, control de malezas)4. Humedad relativaAfecta tasa evaporacin y transpiracin 5. Viento< viento < Et > eficiencia en el uso de agua< viento > H.R. Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Manejo de la relacin suelo-agua-plantaB. Caractersticas del componente suelo:1. Volumen: afectado porProfundidad del sueloProfundidad radical 2. Porosidad: afectada por: Textura Estructura Densidad aparente3. Infiltracin: afectada porPorosidad Dificultad en mojar el sueloHorizontes impermeablesCantidad inicial de agua en el sueloCapas impermeables superficiales (encostramiento)Conductividad hidrulicaIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Manejo de la relacin suelo-agua-plantaC. Caractersticas del componente planta1. Balanza funcional en la capacidad relativa para absorber y perder agua2. Floracin determinada o indeterminada3. Regular crecimiento agua en periodos crticos4. Cultivos con fisiologa adaptada a la temperatura y radiacin que presenta el ambienteIng. Carlos A. Cachi Ramirez


*Ejemplo 1Datos obtenidos por muestreo gravimtrico antes y 2 das luego de un riegoCalcule: masa y el volumen de la humedad de cada capa antes y luego del riego, adems la cantidad de agua (mm), agregados a cada capa y al perfil totalMasa de humedad: W1= 160-150/150-50= 0,1W2: 0,2 gW3=0,2 gW4: 0,3 gHumedad volumtrica: 1= 1,2 x 0,1= 0,12 ml2: 0,3 ml 3=0,24 ml 4: 0,45 mlIng. Carlos A. Cachi Ramirez


Masa tot + lata

Prof.

(ap

Mhum

MSeca

Lata

Muestreo

N

cm

g/cm3

g

Antes

1

0-40

1,2

160

150

50

2

40-100

1,5

146

130

50

Despus

3

0-40

1,2

230

200

50

4

40-100

1,5

206

170

50

*Ejemplo 1Lminas de agua: dw1= 0,12 x 400=48 mmdw2: 180 mm dw3=96 mm dw4: 270 mmProf. de agua en el perfil antes del riego: 48+180=228mmProf. de agua en el perfil luego del riego: 96+270=366mmProf. de agua agregada en la superficie: 96-48=48mmProf. de agua agregada en el subsuelo: 270-180=90mmProf. de agua en el perfil completo: 48+90=138mmEjemplo 2Grafique las 2 curvas de desabsorcin de agua en escala semilog. (log. para potencial matrical vs humedad). Estime la ap asumiendo que los suelos no se expanden o encogen. Estime los valores de humedad volumtrica y gravimtrica a 0,33 y 15 bares.Cuanta agua puede liberar cada suelo para 1m de prof. en el perfil entre 0,33 y 15 bares Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Ejemplo 2La ap se obtiene de la Hv a saturacin, si se asume que esta es igual a la Pt (poros. total): Pt=(1 - ap/p)A:ap=2,65(1-0,44)=1,48g/cm3B:ap=2,65(1-0,52)=1,27g/cm3Humedad a CC y PMPA: 12% a 1/3bar, 5% a 15bar B: 31% a 1/3bar, 13% a 15barLa W se calcula con los datos de y de ap:A: 1/3bar: W=12%/1.48=8.1%; 15bar W=5%/1.48= 3.4%B: 1/3bar: W=31%/1.27=24.4%; 15bar W=13%/1.27= 10.2%Agua liberada a 1m de profundidad, de 1/3 a 15barSuelo A: (12-5%/100)x1000mm= 70mmSuelo A: (31-13%/100)x1000mm= 180mmIng. Carlos A. Cachi Ramirez


(m

% Hum. Volum.

Bar

cm

Suelo A

Suelo B

0

0

44.0

52

0.01

10

44.0

52

0.02

20

43.9

52

0.05

50

38.0

51

0.10

100

22.5

48

0.30

300

12.5

32

1

1000

7.0

20

10

10000

5.2

13.5

20

20000

5.1

13.0

100

100000

4.9

12.8

*Relacin de las propiedades fsicas y el factor de crecimiento, la succin total (Forsythe, 1967)Infiltracin, pendiente, cantidad y frec. de riego o lluvia, volumen del suelo Textura Tipo de minerales Capacidad de retencin de agua Contenido de materia orgnica Densidad aparente Humedad del suelo Ritmo de consumo de agua por la planta Almacenamiento volumtrico de agua La succin total del agua del sueloConcentracin de sales solubles en la solucin Temperatura Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Relacin de las propiedades fsicas y el factor de crecimiento, el RDOConsumo de O2 por la planta y el sueloProfundidad del sueloGradiente de concentracin de O2TemperaturaPresin atmosfricaDifusividad Espacio areoPorosidad Humedad Ritmo de difusin de O2Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Relacin de las propiedades fsicas y el factor de crecimiento, la temperaturaClima Radiacin atmosfricaEstado de la superficie del suelo (Reflexin, humedad, evaporacin)Flujo de calor de la atmsferaTemperatura de la superficie del sueloProfundidad del sueloCapacidad de calor Conductividad trmica Porosidad Humedad Temperatura del sueloMinerales Ing. Carlos A. Cachi Ramirez


*Relacin de las propiedades fsicas y el factor de crecimiento, la resistencia mecnicaHistoria previa (de humedecimiento) Estado de preparacin (arado, compactado)TexturaDensidad de los slidosDensidad aparentePorosidad Humedad Resistencia mecnica Contenido de materia orgnicaIng. Carlos A. Cachi Ramirez


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agua del suelo

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