PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS

Conocer esta granulometría es esencial para cualquier estudio del suelo (ya sea desde un punto de vista genético como aplicado). Para clasificar a los constituyentes del suelo según su tamaño de partícula se han establecido muchas clasificaciones granulométricas. Básicamente todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcilla, pero difieren en los valores de los límites establecidos para definir cada clase. De todas estas escalas granulométricas, son la de Atterberg o Internacional (llamada así por haber sido aceptada por la Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo) y la americana del USDA (Departamento de Agricultura de los Estados Unidos) las más ampliamente utilizadas. Ambas clasificaciones se reproducen en la siguiente figura.

El término textura se usa para representar la composición granulométrica del suelo. Cada termino textural corresponde con una determinada composición cuantitativa de arena, limo y arcilla. En los términos de textura se prescinde de los contenidos en gravas; se refieren a la fracción del suelo que se estudia en el laboratorio de análisis de suelos y que se conoce como tierra fina. Por ejemplo, un suelo que contiene un 25% de arena, 25% de limo y 50% de arcilla se dice que tiene una textura arcillosa. Los términos texturales se definen de una manera gráfica en un diagrama triangular que representa los valores de las tres fracciones.

1.1 Determinación de la textura

Las partículas no están sueltas sino que forman agregados y hemos de destruir la agregación para separar las partículas individuales. Por ello antes de proceder a la extracción de las diferentes fracciones hay una fase previa de preparación de la muestra.

En esta fase previa existen diversos métodos para separar a las partículas del suelo, unos son métodos físicos (trituración suave, agitación lenta, agitación rápida, ultrasonidos, lavado y cocción) y otros son técnicas químicas (oxidación de la materia orgánica con agua oxigenada, ataque ácido de los carbonatos y compuestos de Fe con ClH, dispersión de las arcillas con hexametafosfato sódico o amoníaco). Como los agentes agregantes pueden ser muy distintos, normalmente no sirve uno sólo de estos métodos sino que se monta una cadena de tratamientos.

La extracción final de las fracciones se realiza por tamizado para las arenas, mientras que la sedimentación en fase acuosa es el método normal de separación de los limos y de las arcillas. Si se necesita subfraccionar a la fracción arcilla se ha de recurrir a la centrifugación.

Existe un método para calcular la textura de una manera aproximada en base a la plasticidad que presenta la fracción arcilla al añadirle agua. Se toma una pequeña cantidad de muestra en la palma de la mano, se le añade agua hasta saturación. Se frotan las manos para hacer un cilindrito y en función de la facilidad de formar un tubito delgado y según que se pueda o no doblar se establecen las texturas arcillosas, francoarcillosas y francas. En función de la aspereza (se frota la muestra junto al oído y se escucha el chirrido de los granos) se determina la importancia de los contenidos en arena. En esta figura se reproduce este diagrama textural simplificado.

1.2 Importancia de la granulometría

El análisis granulométrico representa el dato más valioso para interpretar la génesis y las propiedades de los suelos.

a) Génesis

a.1) Textura y factores formadores

La acción de laos factores formadores queda reflejada en la textura del suelo.

Así, la roca tiende a dar una determinada clase textural, que quedara más patente cuanto más joven sea el suelo (en un principio el suelo hereda la textura del material original). El clima tiende a condicionar la textura en función de su agresividad (texturas groseras en climas áridos y texturas arcillosas en climas húmedos y templados). El relieve condiciona el transporte de las partículas. El tiempo tiende a dar una mayor alteración y favorece el aumento de la fracción arcilla.

a.2) Textura y procesos de formación

La actuación de determinados procesos queda reflejada en la textura: fersialitización (texturas arcillosas), ferralitización y podsolización (concentración de arenas), iluviación de arcilla (produce contrastes texturales entre los horizontes de un suelo).

a.3) Grado de evolución

La relación entre la cantidad de arcilla del material original y la de cada uno de los horizontes de un suelo es un buen índice del grado de evolución.

b) Clasificación de suelos

En todas las clasificaciones de suelos la textura es un carácter diferenciante ampliamente utilizado para definir las clases de suelos a todos los niveles.

c) Evaluación de suelos

De igual manera que en las clasificaciones de suelos, también a nivel de evaluación la textura del suelo es un parámetro evaluador de la calidad.

d) Propiedades del suelo

La gran mayoría de las propiedades físicas, químicas y fisicoquímicas están influenciadas por la granulometría : estructura, color consistencia, porosidad aireación, permeabilidad, hidromorfía, retención de agua, lavado, capacidad de cambio, reserva de nutrientes...

e) Propiedades agrológicas

Los suelos arenosos son inertes desde el punto de vista químico, carecen de propiedades coloidales y de reservas de nutrientes. En cuanto a las propiedades físicas presentan mala estructuración, buena aireación, muy alta permeabilidad y nula retención de agua.

Por el contrario los suelos arcillosos son muy activos desde el punto de vista químico, adsorben iones y moléculas, floculan (la fracción arcilla permanece inmóvil) y dispersan (migran), muy ricos en nutrientes, retienen mucha agua, bien estructurados, pero son impermeables y asfixiantes.

Los suelos limosos tienen nula estructuración, sin propiedades coloidales, son impermeables y con mala aireación.

Los suelos francos son los equilibrados con propiedades compensadas.

f) Erosión

Las partículas de arena son arrastradas por el viento y agua, las arenas finas son muy erosionables. Las arcillas se pegan y se protegen, los limos no se unen y se erosionan más fácilmente.

g) Contaminación

Las arenas son muy inertes mientras que las arcillas tienen un alto poder de amortiguación , pueden fijar y transformar a los contaminantes y presenta por tanto una alta capacidad de autodepuración.

2 Estructura

Las partículas del suelo no se encuentran aisladas, forman unos agregados estructurales que se llaman peds, estos agregados (o terrones) por repetición dan el suelo. Es como un poco la celdilla unidad de los cristales que por repetición origina el mineral. Los agregados están formados por partículas individuales (minerales, materia orgánica y huecos) y le confieren al suelo una determinada estructura.

Se habla de estructura como una propiedad y es más bien un estado, ya que cuando el suelo está seco, se agrieta y se manifiesta la estructura, pero si está húmedo, el suelo se vuelve masivo, sin grietas y la estructura no se manifiesta.

En los peds hay un material inerte, arenas, que se unen por la materia orgánica y las arcillas y otros agentes cementantes. Si las arcillas están dispersas, el suelo carece de estructura, si están floculadas, forman estructura (figura 1).

2.1 Morfología

Desde el aspecto morfológico la estructura del suelo se define por una forma, un tamaño y un grado de manifestación de los agregados.

a) Forma. Es la tendencia a manifestarse con un determinado hábito.

Se definen los siguientes tipos.

Migajosa. Agregados porosos de forma redondeada (no se ajustan a los agregados vecinos). Típica de los horizontes A.

Granular. Agregados sin apenas poros en su interior, de forma redondeada (no se ajustan a los agregados vecinos). Es similar a la migajosa pero con los agregados compactos. Típica de los horizontes A.

Laminar. Cuando los agregados se desarrollan en dos direcciones (horizontales) más que en la tercera (vertical). Típica de los horizontes arenosos, como los hor. E.

Sin estructura. Cuando no hay desarrollo de agregados. Horizontes de partículas sueltas (pulverulentos) o masivos (endurecidos).

Un esquema de todos estos tipos estructurales se muestran en la figura.

b) Tamaño

Por el tamaño de los agregados las estructuras se clasifican en: gruesa, media, fina y muy fina.

c) Grado de desarrollo

Según la intensidad con que se manifieste el desarrollo de la estructura: fuerte, media, débil, nula.

Los agentes responsables de la estructura son las características hídricas junto a la textura y materia orgánica.También influyen: pH, CO3=, oxidos e hidróxidos de Fe, actividad biológica...

2.2. Micromorfología

La estructura se presenta en el campo, en el perfil del suelo, pero su estudio se completa con el microscopio petrográfico. Se analiza no sólo la forma de los agregados sino que además se estudia la composición (fragmentos gruesos, minerales y orgánicos, material fino y poros) y organización (distribuciones, orientaciones y organizaciones de los elementos que componen la estructura; figura). A partir de la observación micromorfológica se pueden deducir los procesos que han tenido lugar durante la formación del suelo (figura).

La micromorfología estudia los constituyentes del suelo y su organización (distribuciones, orientaciones y organizaciones)

2.3 Estabilidad de la estructura

Representa la resistencia a toda modificación de los agregados.

El agente destructor de la estructura es el agua. Hincha los materiales y dispersa los agregados.

Los agregados que están en la superficie del suelo, son dispersados por el impacto de las gotas de lluvia.

Por otra parte, al mojarse los peds el agua va entrando hacia el interior de los agregados, va comprimiendo el aire que había y llega un momento en el que el aire tiene que salir y resquebraja o rompe el agregado.

3 Porosidad

Representa el porcentaje total de huecos que hay entre el material sólido de un suelo.

Es un parámetro importante porque de él depende el comportamiento del suelo frente a las fases líquida y gaseosa, y por tanto vital para la actividad biológica que pueda soportar.

Se estudia con la técnica micromorfológica y se cuantifica de una manera indirecta en las medidas de pF y de densidad aparente.

4 Dinámica del agua

4.1 Movimientos del agua en el suelo

El agua del suelo está sometida a dos tipos de fuerzas de acciones opuesta. Por un lado las fuerzas de succión tienden a retener el agua en los poros mientras que la fuerza de la gravedad tiende a desplazarla a capas cada vez más profundas. De esta manera si predominan las fuerzas de succión el agua queda retenida mientras que si la fuerza de la gravedad es más intensa el agua se mueve hacia abajo.

Pero también el agua asciende en el suelo. Esto se debe a la capilaridad (efecto especialmente intenso en los climas áridos) y por diferencia de humedad (los horizontes más profundos permanecen más húmedos al estar protegidos, por su lejanía de la superficie del suelo, a las pérdidas de agua debidas a la evaporación y a la absorción de las plantas.

Por otra parte el agua no sólo se mueve en sentido vertical sino que también lo hace en dirección lateral, movimiento generalizado en todos los relieves colinados y montañosos.

Formación de la costra seca superficial o efecto self mulching. Es una capa de extrema aridez que se produce en los horizontes superiores del suelo y protege de la evaporación al agua contenida en los horizontes profundos. Se debe al distinto grado de humedecimiento que presenta el suelo en función de la profundidad. Al haber un gradiente de humedad con la profundidad del perfil también habrá diferentes potenciales de succión para las distintas capas del suelo. En los horizontes superiores las fuerzas de succión de agua son más intensas que las de los horizontes inferiores. Como resultado el agua asciende desde los niveles más húmedos hacia la superficie. Pero en el suelo no llega a igualarse los contenidos en humedad de las distintas capas debido a la histéresis que muestran las curvas de desorción y sorción de agua (figura) del tema anterior. A igualdad de fuerza de retención el suelo que se está desecando (horizontes inferiores) contiene siempre más agua que el suelo que se está humedeciendo (horizontes superiores). A igualdad de pF un determinado nivel del suelo está recibiendo de su capa inferior menos agua de la que allí queda y a su vez él cede a una capa superior menos agua de la que se queda. Como consecuencia cada vez asciende menos agua y llega un momento que se interrumpe el movimiento ascensional, cuando ocurre se produce la ruptura del lazo capilar que rodea a todas las partículas del suelo. Esto evita que se pierda gran cantidad de agua, es decir, el suelo se protege de la pérdida de agua.

4.2 Permeabilidad

Representa la facilidad de circulación del agua en el suelo. Es un parámetro muy importante que influirá en la velocidad de edafización y en la actividad biológica que puede soportar un suelo.

Está condicionada fundamentalmente por la textura y la estructura.

Se evalua por la velocidad de infiltración que representa el caudal de agua que puede pasar por unidad de tiempo. Valores de dm/hora corresponden a suelos muy permeables, cm/hora dan suelos permeables y mm/hora para suelos poco permeables.

La velocidad de infiltración no es siempre la misma para un mismo suelo, pues depende de las condiciones de humedad que presente. Cuando el suelo se encuentra seco la infiltración tiene sus máximos valores y luego conforme cada vez esta más húmedo su capacidad de admitir más agua es cada vez menor hasta que en condiciones de saturación total alcanza un valor constante.

4.3 Perfil hídrico

Normalmente en el suelo existe un gradiente de humedad, de forma que no todos los horizontes del suelo se presentan con el mismo grado de humedad en un momento determinado. A la curva que representa el estado de humedad del suelo con la profundidad se le llama perfil hídrico. Como es lógico el perfil hídrico de un suelo varia a lo largo del año. En esta figura mostramos como varía el perfil hídrico en un suelo de textura franca que soporta vegetación arbustiva, en tres períodos representativos, durante el período seco, al producirse la lluvia y después de terminar las precipitaciones.

4.4 Balance hídrico

Representa la valoración del agua en el suelo a través del año. Se valora, como en cualquier balance, por los aportes, pérdidas y retenciones.

AGUA RETENIDA = RECIBIDA- PERDIDA

Agua recibida: Precipitaciones atmosféricas y condensaciones.

Agua perdida: Evaporación, transpiración (o sea evapotranspiración) y escorrentía (superficial, hipodérmica y profunda).

De los aportes de agua que llegan al suelo procedente de las precipitaciones atmosféricas una parte penetra y otra parte no lo hace.

El agua que penetra en el suelo, parte se evapora, otra escurre, otra pasa a la capa freática, otra es consumida por las plantas y finalmente otra parte es retenida.

Se hace un balance anual (en una ficha o en una gráfica) partiendo de los datos climáticos mensuales de precipitación y temperatura (figura). A partir de las temperaturas se calculan las evapotranspiraciones potenciales (cantidad de agua que se podría perder considerando las características climáticas) y reales (cantidad de agua que realmente se pierde teniendo en cuenta la que hay en el suelo en cada momento). Se calcula la reserva de agua en el suelo (agua útil por profundidad de enraizamiento en dm por la densidad aparente) para saber la cantidad de agua que puede almacenar el suelo (reserva de agua para los meses secos) y se mide como varía la reserva a lo largo del año (figura).

La capacidad de reserva de agua de un suelo es fundamental para los suelos sometidos a pocas o medias precipitaciones

5 Densidad aparente

El suelo como todo cuerpo poroso tiene dos densidades. La densidad real (densidad media de sus partículas sólidas) y la densidad aparente (teniendo en cuenta el volumen de poros).

La densidad aparente refleja el contenido total de porosidad en un suelo y es importante para el manejo de los suelos (refleja la compactación y facilidad de circulación de agua y aire). También es un dato necesario para transformar muchos de los resultados de los análisis de los suelos en el laboratorio (expresados en % en peso) a valores de % en volumen en el campo.

6 Color

Es una propiedad muy utilizada al estudiar los suelos pues es fácilmente observable y a partir de él se pueden deducir rasgos importantes. Puede ser homogéneo para un horizonte o presentar manchas.

Se mide por comparación a unos colores estandar recogidos en las tablas Munsell.

Los agentes cromógenos son diversos, los colores más comunes son:

Color oscuro o negro. Normalmente debido a la materia orgánica (cuanto más oscuro es el horizonte superficial más contenido en materia orgánica se le supone). Cuando esta localizado en nódulos y películas se le atribuye a los compuestos de hierro y, sobre todo, de manganeso.

Color blancuzco. Debido a los carbonatos o al yeso o sales más solubles. En los horizontes eluviales es consecuencia del lavado de las arenas (constituidas por cuarzo y en menor proporción, por feldespatos).

Colores pardos amarillentos. Oxidos de hierro hidratados y unidos a la arcilla y a la materia orgánica.

Colores rojos. Oxidos férricos tipo hematites. Medios cálidos con estaciones de intensa y larga sequía.

Colores abigarrados grises y rojos/pardos. Compuestos ferrosos y férricos. Característicos de los suelos pseudogley con condiciones alternantes de reducción y oxidación.

Colores grises verdosos/azulados. Compuestos ferrosos, arcillas saturadas con Fe++. Indican intensa hidromorfía, suelos gley.

7 Calor

El suelo recibe las radiaciones procedentes del Sol y se calienta. Su temperatura depende de como lleguen las radiaciones a la superficie (humedad atmosférica, transparencia, nubosidad, precipitaciones, vientos, topografía, cobertera vegetal, etc) y de como el suelo las asimile (humedad, color, calor específico, conductividad, etc) (figura).

La temperatura del suelo está directamente relacionada con la temperatura del aire atmosférico de las capas próximas al suelo. La temperatura del suelo, como la del aire, está sometido a cambios estacionales y diurnos. Estas oscilaciones se van amortiguando hacia los horizontes profundos. La distribución de la temperatura con la profundidad constituye el perfil térmico.

La temperatura del suelo es un medida de la que se dispone de muy pocos datos. Se acepta que la temperatura del suelo a 50 centímetros de profundidad es equivalente a la del aire atmosférico mas 1 grado centigrado.