Descubriendo la Ciencia por medio de la relación Suelo – Agua – Planta Instituto de Educación Rural - Liceo Técnico Profesional Paulino y Margarita Callejas Universidad de Chile - EXPLORA – CONICYT

Guía de estudio Nº 6 CAPÍTULO 2: RELACIÓN SUELO-AGUA-PLANTA UNIDAD I: EL SUELO, CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES

ORIGEN. El suelo puede ser considerado como una determinada combinación de sus factores formadores. Estos factores son: a. Clima. Es el más importante de ellos, ya que determina el volumen de precipitaciones y la temperatura a la que tienen lugar las alteraciones químicas necesarias para la desintegración de la roca madre y la evolución del suelo. b. Actividad biológica. La actividad biológica favorece la desintegración de la roca madre, fundamentalmente mediante la acción de las raíces de los vegetales. También interviene de forma notable en la descomposición de restos orgánicos, que genera ácidos que también influyen en la desintegración de la roca madre. c. Relieve. El relieve facilita o dificulta la infiltración del agua en el terreno, según el grado de inclinación de la superficie; cuanto mayor sea la pendiente, más activo será el proceso de formación del suelo. El relieve también determina el grado de erosión y la orientación con respecto al sol.

Las zonas dirigidas al sur sufren una mayor evaporación y sus suelos son menos profundos. d. Roca madre o material parental. La roca madre constituye el aporte de elementos minerales cuando se produce su disgregación y descomposición, fenómeno conocido como meteorización. Sus componentes determinan los productos originados por la desintegración; por tanto, influye en el grado de acidez (pH) del suelo resultante. e. Tiempo. La variación de cualquier propiedad del suelo depende finalmente del tiempo, ya que el clima, el relieve, los organismos y la roca madre no cambiarán en un intervalo de tiempo inmediato. Variando el tiempo irán apareciendo una serie de tipos de suelos, cada vez mas evolucionados, cuyas propiedades serán una consecuencia directa de su edad. * Para una determinada combinación de estos factores formadores sólo puede existir un tipo de suelo (la misma combinación de factores originará siempre el mismo tipo de suelo independientemente del lugar geográfico en que se encuentre)* COMPONENTES. El suelo es un sistema que está compuesto por materiales sólidos (partículas minerales y materia orgánica), aire y agua. Las partículas minerales representan el 45% del total; las de origen orgánico suponen el 5% y el 50% que resta lo ocupan aire y agua (Figura Nº1). Componentes del suelo Materia orgánica 5%

Minerales 45 %

SÓLIDOS DEL SUELO 50 %

Aire 0-50

Agua 0-50 ESPACIO POROSO 50 %

Figura 1. Componentes del suelo Sólidos del suelo Los sólidos del suelo están constituidos por una fracción mineral y otra orgánica, estas partículas almacenan la mayoría de los nutrientes que necesitan las plantas y permiten que la raíz actúe como anclaje de la planta al suelo.

La parte sólida del suelo, está formada por la mezcla de partículas de diferente tamaño, denominadas arena, limo y arcilla (Figura 2), cada una tiene diferentes características químicas y físicas, que le otorgan propiedades diferentes al suelo. Arena fina: 0.05-2 mm de diámetro de 50 a 500 partículas por centímetro Limo:

0.002-0.05 mm de diámetro

de 500 a 5000 partículas por centímetro

Arcilla:

< 0.002 mm de diámetro

más de 5000 partículas por centímetro

Figura 2. Clasificación de tamaño de las partículas del suelo. De la descomposición de restos animales y vegetales se genera la materia orgánica del suelo. El resultado final tras el proceso continuo de descomposición de los residuos vegetales y animales, es la formación del humus. Sus componentes están tan profundamente transformados que ya no puede distinguirse, normalmente, su estructura original. El humus se encuentra, en su mayor parte, adherido a la arcilla. Una cifra media común a bastantes suelos sería la de un 5%. Espacio poroso El aire y el agua ocupan los espacios que dejan entre ellas las partículas sólidas del suelo, tal espacio se denomina espacio poroso. La proporción de agua y aire está sujeta a grandes fluctuaciones, dentro de un mismo suelo, por la influencia del clima y la extracción de agua que realizan los cultivos. En términos generales, para que un suelo presente condiciones óptimas para el desarrollo de los cultivos, debe existir un equilibrio de aire y agua. -

La fracción gaseosa o "atmósfera del suelo" del suelo permite el intercambio de oxígeno, anhídrido carbónico y otros gases entre la atmósfera y los seres vivos del suelo (raíces, micro y macro-organismos, etc.).

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La fase líquida o solución suelo del suelo aporta el agua que requieren los cultivos y los otros organismos del suelo. Sirve para transportar y disolver los nutrientes.

MORFOLOGÍA Y PROPIEDADES DEL SUELO. Al observar un perfil de suelo lo primero que merece nuestra atención es su morfología que refleja los constituyentes del suelo. El comportamiento del suelo depende de las propiedades que éste presente y así, algunas de ellas determinarán el comportamiento físico que presenta; otras propiedades nos muestran los fenómenos relacionados con la superficie de las partículas sólidas y la interfase suelo / líquido; y finalmente tenemos aquellas propiedades químicas que afectan su comportamiento a nivel químico. El proceso de formación del suelo termina por estructurar los materiales en estratos o capas característicos a los que se denomina horizontes. El conjunto de estos horizontes se conoce como perfil de suelo (Figura 3).

Horizonte A

Horizonte B

Figura 3. Perfil de un suelo

Roca Madre Horizonte C

Cuando se desea determinar las características de un suelo, se observa su perfil. El perfil de suelo se verá en un corte vertical, expuesto al realizar un calicata. La calicata es un hoyo en el suelo, que se recomienda que tenga las siguientes medidas: 60 cm de ancho 150 cm de largo y 150 cm de profundidad. En ella observaremos la morfología del suelo: 1. Horizontes. Tradicionalmente los horizontes se nombran con las letras A, B y C, con distintas subdivisiones: A0, A1, etc. Sus características son: •

El horizonte A acumula el humus por lo que su color es más oscuro que el resto del perfil. El agua de lluvia lo atraviesa, disolviendo y arrastrando hacia abajo iones y otras moléculas. A esta acción se le llama lavado del suelo y es mayor cuando la pluviosidad es alta y la capacidad de retención de iones del suelo es baja (suelos poco arcillosos). En los climas áridos el lavado puede ser ascendente, cuando la evaporación retira agua de la

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parte alta del suelo, lo que provoca la llegada de sales a la superficie (salinización del suelo). El horizonte B acumula los materiales que proceden del A, principalmente arcillas, producto del lavado. El horizonte C está formado por la roca madre más o menos disgregada.

2. Color. 3. Clase textural. La textura del suelo es la proporción relativa en que están distribuidas las partículas del suelo (arena, limo y arcilla). Es una característica del suelo que no es posible modificar. Grupo textural

Clases Texturales

Textura fina

Arcilla Arcilla limosa Arcilla arenosa

Textura moderadamente fina

Francoarcillo-limoso, Franco arcillosa Franco arcilloso arenoso

Textura media

Franca Franco limoso Limo

Textura gruesa

Franco arenosa Arena franca

Textura muy gruesa

Arena

Existe lo que se llama Triángula de Clases texturales (Figura 4), donde se observa los porcentajes de arcilla, limo y arena que determinan una clase textural.

Figura 4. Triángulo de Clases Texturales.

4. Estructura. La estructura es la forma como se agrupan las partículas del suelo (agregados) lo cual ocurre principalmente por la actividad de los microorganismos (Figura 5). La estructura es una de las propiedades del suelo que si se puede modificar pero a largo plazo. La estructura controla una serie de propiedades y comportamientos del suelo, entre los más importantes se pueden mencionar: - Una buena estructura evita el sellado del suelo (formación de costra superficial). - Permite una rápida infiltración, evitando el escurrimiento superficial y por lo tanto, los riesgos de erosión y pérdida de suelo. - Una estructura estable, mantiene una buena circulación de aire, agua y nutrientes en el suelo. El adecuado manejo de un suelo implica la conservación de una buena estructura (estabilidad de los agregados) para que circulen el aire, el agua y los nutrientes. Al incorporar materiales como rastrojos o abonos orgánicos se incrementa la actividad microbiana, se mejora la estructura y condiciones químicas, físicas y biológicas del suelo. Tipos de estructuras: a) Laminar: En la cual los agregados son unidades de diferente espesor, con el eje horizontal más desarrollado. b) Prismática: Los agregados tienen el eje vertical de mayor tamaño que el eje horizontal. c) Bloques: Los ejes horizontales y verticales son de dimensiones similares. d) Granular: Son esferas porosas, imperfectas, de tamaño pequeño, de caras redondeadas y de superficies irregulares.

Figura 5. Forma de los agregados

5. Densidad aparente y real. Dado que el suelo es un medio poroso, es decir existen espacios entre las partículas sólidas, se pueden establecer una serie de relaciones masa-volumen. La Figura 6 presenta un diagrama esquemático del suelo, útil para definir las relaciones de volumen y de masa entre los tres componentes de este (aire, agua, suelo).

Figura 6. Diagrama esquemático del suelo como un sistema de tres fases Mt = Masa total (g) Ms = Masa del suelo seco (g). Mw = Masa del agua (g). Ma = Masa del aire.

Vt = Volumen total (cm3). Vs = Volumen de sólidos (cm3). Vp = Volumen de poros (cm3). Vw = Volumen de agua (cm3). Va = Volumen de aire (cm3).

En el suelo, como en cualquier otro cuerpo físico, la densidad se define como la masa por unidad de volumen. Ahora bien, dado su carácter poroso, conviene distinguir entre la densidad de sus componentes sólidos y la del conjunto del suelo, incluyendo los poros, por esto existen dos tipos de densidades: Densidad aparente (da): corresponde a la masa de sólidos (partículas) de un volumen total conocido de suelo. Se expresa en g/cm3. El volumen total de suelo corresponde al ocupado por las partículas sólidas y por los poros. La densidad aparente al igual que la textura, influye en la retención

de agua del suelo y en la profundidad radicular que puedan desarrollar los cultivos. En un suelo arenoso la densidad aparente (Da) es alta, mientras que en un suelo arcilloso la Da es baja, siempre que este último no se encuentre compactado. La densidad aparente queda definida como: Da = Masa sólidos Volumen total (Volumen de sólidos + Volumen de poros) Densidad real (dr). El término densidad real se refiere a la relación entre la masa de las partículas sólidas del suelo y el volumen que ocupan estas partículas, excluyendo a los poros. Para un horizonte de suelos dado, será prácticamente constante en el tiempo, por lo que es independiente de la estructura y varia poco la naturaleza de las partículas. En la mayoría de los suelos minerales la densidad real es alrededor de 2.65 g/cm3. En términos prácticos se puede utilizar este valor en la mayoría de los suelos. La densidad real queda definida como: Dr = Masa sólidos Volumen de sólidos 6. POROSIDAD (P). La porosidad depende de la estructura, textura y de la actividad biológica del suelo. Mientras más gruesos son los elementos de las textura, más grandes serán los poros. Los suelos que presentan elementos texturales más finos –limo y arcilla- presentan un mayor número de poros pero de menor diámetro. La porosidad corresponde a la fracción de volumen del suelo, que está ocupada por aire o agua. La porosidad se relaciona con la textura, pero depende también en gran medida del grado de agregación (estructura), influenciado por el contenido de materia orgánica y la compactación que el suelo presente. Este valor se encuentra en lo general en el rango 0.3-0.6 (30-60%) FERTILIDAD DE SUELOS. Al igual que los demás seres vivos las plantas requieren para su supervivencia elementos esenciales, tales como elemento no minerales entre ellos el Carbono, Oxígeno e Hidrógeno, que se encuentran en la atmósfera y el agua y elementos minerales, que son entregados por el suelo y se dividen en tres grupos: primarios, secundarios y menores o microelementos.

La fertilidad está muy relacionada con la presencia y distribución de los diferentes iones presentes en el suelo. Es uno de los factores esenciales en la distribución de las diferentes especies vegetales sobre el planeta, pues cada una tiene unas preferencias determinadas en cuanto al valor del pH del suelo sobre el que habitan, así como unos hábitos nutritivos específicos, es decir, preferencia por distintos iones (nutrientes) existentes en el suelo. Una de las propiedades importantes que influyen en la fertilidad del suelo es la Capacidad de Intercambio Iónico, que corresponde a la capacidad de algunas partículas del suelo de absorber iones en su superficie, evitando la pérdida de ellos por efecto de lavado del suelo y que pueden intercambiar con la solución suelo para que sean utilizados para la nutrición de las plantas. Las partículas de arcilla y las moléculas orgánicas presentan una carga negativa sobre su superficie por lo que intercambian cationes (iones cargados positivamente), a este tipo de intercambio se le llama Capacidad de Intercambio Catiónico, esta capacidad es cuantificable y se expresa en cmol(+)/kg de suelo.