AIRE, COLOR Y TEMPERATURA

DEL SUELO

Prof. Deyanira Lobo Lujn

Facultad de Agronoma

Universidad Central de Venezuela

lobod@agr.ucv.ve

AIRE DEL SUELO - AIREACIN

Composicin del Aire del Suelo

Nitrgeno: 79 %

Oxgeno: 20%

CO2: 21%

Composicin del Aire Atmosfrico

Nitrgeno: 79 %

Oxgeno: 21%

CO2: 0.03 %

D.LOBO L. 2004

Las diferencias se deben a la actividad de las races de las plantas,

transformacin de minerales, descomposicin y mineralizacin de la materia

orgnica.

Generalmente al concentracin de CO2 aumenta con la profundidad

La concentracin de CO2 y O2 vara con la poca del ao, tipo de cultivo,

actividad biolgica, manejo de residuos, etc.

Mecanismos de Aireacin.

Flujo de masa o Conveccin: resulta de la existencia de un gradiente en la presin total del aire. Ej: en das con vientos muy fuertes, efecto pistn causado por la entrada de agua, por lluvia o riego.

Difusin: el transporte de las molculas de gases (O2 y CO2) ocurre atendiendo a gradientes de presin parcial o de concentracin de los componentes entre distintos puntos de la masa de gas. Es el proceso mas importante

Aireacin: procesos que causan la renovacin de la atmsferaedfica a partir del aire atmosfrico. Intercambio de gases entre la atmsfera del suelo y el aire de la troposfera

La difusin de gases en condiciones estables se puede describir mediante la Primera Ley de Fick

dXdCD

AtFf 0==

Donde: f: flujo unitario de gas (cm3/cm2/s)D0: coeficiente de difusin del gas en el aire (cm2/s)C: concentracin del gas (cm3/cm3)X: distancia (cm)F: cantidad de gas en proceso de difusin (cm3 o moles)A: rea seccin transversal (cm2)t: tiempo (s)

Factores que afectan el coeficiente de difusin

Temperatura: a > temperatura > D0 Densidad aparente: a > Densidad aparente < D0, porque se reduce el espacio poroso

Contenido de humedad: a > W o se reduce el espacio poroso ocupado por aire y por lo tanto D0 tambin se reduce.

* Los gases disueltos en agua se mueven con una velocidad 1000 a 10000 veces menor que en un medio gaseoso

PARAMETROS DE AIREACIN

Capacidad de aireacin: es el contenido volumtrico de aire en un suelo cuando se encuentra a Capacidad de Campo.

Porosidad de aireacin: volumen de poros ocupado por aire a cualquier contenido de humedad.

Tasa de Difusin de Oxgeno: velocidad de difusin de O2hacia las races para evaluar su suministro.

TDO < 0.2 g/cm2/min: no prosperan las plantas

TDO 0.2 0.35 g/cm2/min: prosperan plantas tolerantes

TDO > 0.35 g/cm2/min: no tienen problemas la mayora de las plantas.

Se considera que debe haber un mnimo de 10 % de volumen de poros ocupados por aire para que las plantas no sufran problemas de anoxia

Condiciones reductoras: favorecen el desarrollo de organismos

anaerobios; predominan los procesos de reduccin, que pueden

afectar la movilidad de los distintos elementos.

Disminucin de la descomposicin de la materia orgnica, ya

que el oxgeno acta como aceptor de electrones, en ausencia de

oxgeno, los microorganismos anaerobios deben obtener energa

de otros aceptadores secundarios.

Los productos resultantes de los procesos que se dan en estas

condiciones pueden ser fitotxicos (sulfuros, nitritos, Mn+2, etc.)

* Disminucin de la actividad biolgica.

* Afectacin de los procesos de respiracin de las plantas

Efectos de la baja disponibilidad de oxgeno en el suelo Los problemas de aireacin pueden ser temporales (despus de una o riego), pero pueden prolongarse en funcin de las caractersticas de la lluvia y las propiedades y condiciones del suelo

Efectos de la baja disponibilidad de oxgeno sobre el crecimiento de las plantas

Reduccin del crecimiento de las races o cambios morfolgicos y fisiolgicos como formas de adaptacin.

A mayor resistencia del suelo a la penetracin de races, mayorrequerimiento de O2 para expansin y elongacin radical

Reduccin de la respiracin de las races

La elevada concentracin de CO2 provoca una reduccin en la permeabilidad celular, lo que afecta la absorcin de agua y nutrimentos, generndose problemas de dficits de agua y nutrimentos.

La deficiencia de O2 afecta el crecimiento del follaje.

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Diagnstico de las condiciones de aireacin

En campo:

En forma cualitativa:

Determinaciones de color

Rasgos macro-morfolgicos

Estudios de vegetacin natural, que puede complementarse con estudios micromorfolgicos.

Comportamiento de los cultivos

En forma cuantitativa:

Mediciones de la tasa de difusin de oxgeno(T.D.O.): Es el parmetro mas adecuado para medir la difusin de Oxgeno hacia la superficie de la raz. Consiste en la simulacin del flujo de O2 mediante la reduccin electroqumica del mismo sobre la superficie de un electrodo de Platino. (Es un ndice indirecto del potencial de O2 disponible para las plantas.

Condicin limitante (para la mayora de las plantas):

T.D.O. < 0.35 g.m-2.min-1

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Potencial redox:

La desaparicin del O2 de la atmsfera del suelo

ocurre en niveles de Eh de +300 y 330 mV.

Acumulacin de C O2 aumentando su presin parcial.

Evaluacin de la actividad biolgica:

- Tasa de descomposicin de la materia orgnica

- Respiracin

Con relacin al color, se puede encontrar lo siguiente:

- Coloraciones rojizas, pardas o similares: suelos bienaireados, buen drenaje.

- Moteados y concreciones: Se presentan en la zona de oscilacin de la capa fretica. Indican presencia de Fe3+ (pardo-rojizo) y Fe2+ (gris). Alternancia de condiciones oxidantesy reductoras a lo largo del ao.

- Colores grises, gris-verdoso y azulado: Pueden indicarque el hierro se halla en forma ferrosa (gris) o que pudo habermigrado (decoloracin); en condiciones reductoras prcticamentepermanentes.

- Manchas amarillas: pueden corresponder a jaroisita KFe3(SO4) (OH)6, formada por oxidacin en suelos ricos en sulfuros.

- Colores litocromos: Al ser una condicin heredada del material parental no tendrn significacin respecto a las condicionesredox actuales.

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Importancia del estudio de las condiciones de aireacin de un suelo

Entender el comportamiento de la planta.

Explicar la presencia de determinados componentes.

Seleccin de tcnicas de manejo:

* Eliminacin de excesos de agua

* Seleccin de especies tolerantes.

Determinacin de usos: en ingeniera civil

(cimentaciones, necesidades de bombeo), en arquitectura

del paisaje (campos de golf, rea de picnic, etc.)

COLOR DEL SUELO

El color del suelo es una caracterstica del suelo que refleja muchas de las propiedades del suelo, el comportamiento del mismo y la respuesta de las plantas. Un cambio en el color superficial del suelo puede ser indicativo de cambios en la composicin mineral del mismo. Es una caracterstica usada en clasificacin de suelos.

DETERMINACIN DEL COLOR

Sistema o Clave Munsell (Optical Society of America (Nickerson, 1942) y adoptado por el Soil Survey Manual en 1951.

La clave Munsell caracteriza al color partir de tres parmetrosbsicos que lo componen y cada color puede asociarse a un punto del espacio color, definiendo un slido de color.

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Matiz (Hue): Expresa la longitud de onda dominante en la radiacin reflejada. Se consideran cinco colores principales (R, rojo; Y, amarillo; G, verde; B, azul y P, prpura) y cincointermedios o complementarios.

- Para cada color se establece una gradacin de 0 a 10.

- Cada hoja de una tabla Munsell corresponde a una matiz, esdecir, a una misma longitud de onda.

- Los matices rojos (R) son frecuentes en suelosmediterrneos, tropicales evolucionados y ecuatoriales, debido a la deshidratacin casi irreversible de los xidos de hierro quetiene lugar durante los perodos de desecacin del suelo.

- Los suelos con condiciones reductoras presentan maticesverdosos y azulados.

Brillo (Value) Expresa la proporcin de luz reflejada.

- Mide el grado de claridad o de oscuridad relativa del color comparado

con el blanco absoluto.

En una pgina de la tabla se representan en ordenadas

0 = 0% de luz reflejada, color negro

10 = 100% de luz reflejada, color blanco

- En los suelos los brillos ms altos suelen ser del orden de 8 a 9.

Pureza (Croma) (intensidad cromtica) Expresa la pureza relativa de color del matiz de que se trate.- Corresponde a la intensidad del color espectral dominante o

saturacin cromtica.- Es inversamente proporcional a la dominancia del gris. A mayor

pureza de color corresponden valores de croma ms altos.

- En los suelos, el croma no suele ser superior a 8.

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Se describe el color del material del suelo, por lo general el color del conjunto o matriz, a partir de una superficie de un fragmento en estado seco, si es posible, y en hmedo. Para ello, se humedece la muestra e inmediatamente despus de que desaparece la pelcula de agua de la superficie se compara con la tabla.

Si el color del interior de un agregado difiere del de las caras, o sihay manchas, se describir cada uno de los colores por separado, empezando por el ms abundante en volumen (modal). La descripcin y su notacin no suponen una interpretacin del origende la coloracin descrita.

Matiz Brillo/Pureza Hue Value/Croma

Ej. 10 YR 4/3

Matiz7.5YR

B

r

i

l

l

o

Pureza

4/

/3

Color: 7.5YR 4/3 MARRN FUERTE

INTERPRETACION DEL COLOR DEL SUELO

Coloraciones oscuras: asociadas con:

Niveles altos de materia orgnica en el suelo, condiciones de buena fertilidad, en especial presencia de cationes tales como el Ca+2, Mg+2 y K+

Buena estructuracin del suelo y alta actividad biolgica.

Si hay acumulacin de Na+, el suelo adquiere la coloracin negra, por dispersin de la MO, asociada una muy mala condicin estructural.

Coloraciones rojizas: asociadas con:

Alta liberacin de Fe de las rocas

Condiciones de alta meteorizacin

Bajos niveles de fertilidad del

suelo

pH cidos y ambientes donde

predominan los procesos de

oxidacin.

En trminos generales se asocia

con la presencia de xidos de Fe+3

Coloraciones marrones.

asociadas a:

Estados iniciales a intermedios

de alteracin del suelo

Condiciones de niveles medios a

bajos de materia orgnica y un

rango muy variable de fertilidad.

Materia orgnica en diferentes

grados de descomposicin

Combinaciones de xidos de Fe

ms materiales orgnicos

Coloraciones amarillas a marrn amarillentas. asociadas a:

Meteorizacin bajo ambientes

aerbicos (oxidacin). Caso

Goethita: cristales grandes confieren una pigmentacin

amarilla al suelo, cristales

pequeos confieren tonalidades

de color marrn (climas

templados) Se relaciona con

condiciones de media a baja

fertilidad

xidos hidratados de Fe+3

Coloraciones blancuzcas: asociadas a:

Acumulacin de ciertos minerales o

elementos que tienen coloracin blanca,

como calcita, dolomita y yeso, as como

algunos silicatos y sales.

Remocin de componentes del suelo por

diversos procesos, adquiriendo el suelo el

color de los elementos remanentes, i.e. el

horizonte lbico

Presencia de: xidos de Al y silicatos

(caolinita, gibsita, bauxita).

Slice (SiO2).

Suelos alcalinos (CaCO3, MgCO3)

Yeso (CaSO4. 2H2O).

Sales altamente solubles (cloruros, nitratos

de Na+ y K+)

Coloraciones grises. Asociadas a:

Ambiente anaerbico. Bajo estas

condiciones las bacterias anaerbicas utilizan

el Fe frrico (Fe+3) presente en minerales

como la goetita y la hematita y se genera la

forma reducida del in que es Fe ferroso

(Fe+2), que es soluble en agua e incoloro.

Otras bacterias anaerbicas utilizan Mn+4

como aceptor de electrones, reducindose a

su forma incolora soluble en agua Mn+2. La

prdida de pigmentos deja un color gris en la

superficie del mineral y si la saturacin con

agua se prolonga por largos perodos, la

zona completa adquiere la coloracin gris.

Coloraciones verdosas o azuladas. Asociadas a:

Condiciones de mal drenaje: Ej: materiales calcreos, bajo un ambiente anaerbico, generan el color verde que se transforma en blanco de forma irreversible una vez que se oxida. Tambin se asocia con la ocurrencia de xidos Fe+2(incompletamente oxidados).

En zonas costeras, deltaicas o pantanosas el anin sulfato, bajo condiciones de reduccin, es utilizado por las bacterias anaerbicas como aceptor de electrones, liberndose S-2 , que se combina con Fe2 para precipitar como FeS que es de color negro, con el tiempo se transforma en pirita (FeS2) que da un color azulado metlico. Si estos suelos son drenados y aireados se forma la jaroisita, que posee un pigmento amarillo plido muy caracterstico. Asociado a ello los suelos se hacen muy cidos (pH 2.5 a 3.5), convirtindose en suelos sulfato-cidos que son muy corrosivos

D.LOBO L. 2004

Inferencias ?

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TEMPERATURA DEL SUELO

La temperatura es la medida de la intensidad de calor. En el suelotiene importancia como factor de control de la magnitud de una serie de procesos.

EFECTOS DE LA TEMPERATURA DEL SUELO:

Directos o Indirectos

Sobre el desarrollo de las plantas:

- Germinacin y emergencia de plntulas no se produce a temperaturas extremas (< 5 , > 40)

- Disminucin progresiva de la temperatura del suelo reduce la tasa de crecimiento

- Absorcin de agua y nutrientes limitada a temperaturas extremas

Sobre las condiciones del suelo: (que pueden afectar indirectamente a las plantas)

- Prdidas de agua por evaporacin

- Tasa de intercambio de O2 y CO2 entre el aire del suelo y laatmsfera

- Procesos qumicos en el suelo aumentan su tasa con incrementos en la temperatura

- La actividad biolgica limitada a temperaturas extremas,por lo tanto la descomposicin y mineralizacin de la materia orgnica, biodegradacin de pesticidas y otros qumicos orgnicos

Mecanismos responsables de la disipacin de energa absorbida en la superficie del suelo

Retorno de radiacin a la atmsfera como energa de de onda larga

Disipacin como calor latente de evaporacin

Incremento en la temperatura de la superficie del suelo y disipacin de calor al aire por encima de la superficie (sensible prdida de calor)

Conduccin a mayor profundidad aumentando la temperatura del suelo

La cantidad de calor ganada o perdida en el suelo es la cantidad de energa calrica utilizada para cambiar la temperatura de una masa (m) de suelo o cambiar el estado fsico del agua contenida en el.

Q = [mss (g) . Ce suelo (cal/g.C) + magua (g) . Ce agua (cal/g.C)]T (C)

Propiedades Trmicas del Suelo

Capacidad Calrica: Capacidad que tiene el suelo de almacenar calor por unidad de volumen o masa y unidad de temperatura

Volumtrica: cantidad de calor necesario para que la unidad de volumen de un suelo aumente un grado su temperatura en condiciones isobricas

CV = 1/V (Q/T) J/m3.C

Msica: cantidad de calor necesario para que la unidad de masa de un sueloaumente un grado su temperatura en condiciones isobricas

CV = 1/M (Q/T) J/kg.C cal/g.C

Calor especfico (Ce) = (Capacidad calrica msica)

Ce suelo seco = 0.2 cal/g.C

Ce agua = 1 cal/g.C

Conductividad Trmica: Capacidad del suelo para transferir calor por conductividadmolecular.

Varan con el contenido de humedad, la geometra de las partculas y la forma como se agregan

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Ejemplo:

Tendr problemas de aireacin el cultivo de maz, sembrado en el suelo Trinidad, cuando este se encuentra a capacidad de campo

351.42530 - 60

Problemas

43.39361.52415 - 30

24.7254.72301.2250 - 15

Vaire/VS (%)

Vp/VS (%)

cc(%)(v/v)

Da (Mg/m3)

Wcc(%)(p/p)

Prof.

Qu cantidad de caloras se requieren para elevar la temperatura en 3C de 150 g del horizonte superficial de este suelo cuando est a capacidad de campo?

Q = [mss(g) . Ce suelo (cal/g.C) + magua(g) . Ce agua (cal/g.C)]T (C)Q = [(120g x 0.2 (cal/g.C) + 30g x 1 (cal/g.C) ]3C = 162 cal Cul es el calor especfico?

Ce =[(120g x 0.2 (cal/g.C) + 30g x 1 (cal/g.C) ]1C = 54 cal/150g.CCe = 0.36 (cal/g.C)

Cul ser el calor especfico si el contenido de humedad disminuye a 10 %?

Ce =[(136.36g x 0.2 (cal/g.C) + 13.64g x 1 (cal/g.C) ]1C = 40.9 cal/150g.CCe = 0.27 (cal/g.C)