Edafología. Ciencias Ambientales

Lección 4. Componentes del suelo. Fase líquida. Retención de agua por el suelo.

El agua que llega al suelo y se infiltra en él, cuando la lluvia es copiosa, termina por llenar todos sus poros y desalojar a la totalidad del aire. Cuando esto sucede se dice que el suelo se encuentra a su "capacidad máxima". Esta situación constituye un estado pasajero pues los poros gruesos, sobre todo los mayores de 30 mm, permiten una rápida circulación descendente y favorecen que el agua se incorpore a las capas freáticas. A medida que se van vaciando los poros más gruesos la velocidad de circulación del agua disminuye, al principio la disminución de velocidad es muy importante y llega un momento en que casi se estabiliza hasta anularse completamente, pero en ese punto todavía queda agua en el suelo. El efecto es similar al de una esponja que sumergimos en agua y sacamos y mantenemos sin presionarla, se produce un importante chorreo durante unos segundos y despues solo hay un goteo continuo y aparentemente con el mismo ritmo, al final... nunca se sabe lo que sucede porque nos aburrimos de contemplar algo tan tonto; pero si al cabo del tiempo la tomamos de nuevo ya no gotea aunque sigue húmeda, lo que se comprueba porque apretandola, ejerciendo una fuerza externa, conseguimos que salga agua de ella.

En el suelo, las partículas coloidales presentan una carga superficial, generalmente negativa, muy débil pero lo suficiente para hacer que las dipolares moléculas de agua se sitúen a su alrededor y se orienten con la carga positiva mirando hacia la partícula sólida. Esto crea una esfera de mayor radio que la anterior pero que se mantiene cargada de la misma forma, solo que con un potencial menor debido al aumento de superficie; esta nueva esfera atrae a nuevas moléculas de agua hasta ir formando esferas cada vez mayores y con una carga superficial menor. De este modo, las partículas vecinas quedan unidas por esta cohorte de moléculas de agua, en cuya intersección se forma un menisco motivado por la tensión superficial del agua.

Como es lógico, la primera capa de moléculas de agua está atraida con mayor fuerza ue la segunda y así sucesivamente, por efecto del aumento de la distancia que ejerce una disminución de la fuerza de atracción proporcional a su cuadrado, como conocemos. Cada capa de moléculas de agua tendrá una determinada fuerza de unión y una masa definida; a medida que aumenta el radio de la esfera creada irá disminuyendo la atracción e incrementandose la masa, así hasta que la fuerza se hace prácticamente nula.

A la fuerza de unión entre la fase sólida del suelo y la líquida se le conoce como "potencial matricial" y se le representa por Y. Como es una fuerza por unidad de superficie, se expresa en unidades de presión y se le otorga un signo negativo, pues es una fuerza que se opone al movimiento de las moléculas de agua. Tradicionalmente se le ha expreado en atmósferas y ahora se hace kilopascales (kPa) y al logarítmo de su opuesto, cuando se expresa en milibarias, se le representa por "pF ". Existe una cierta proporcionalidad entre el valor del potencial matricial y el contenido de humedad, como puede apreciarse en la figura. No obstante si representamos los valores teóricos nos aparecería la línea de la izquierda, mientras que la realidad nos ofrece la línea de la derecha; la diferencia está en el agua retenida en los meniscos que se producen entre las partículas del suelo, que ya vimos.

Cuando el suelo se encuentra a su capacidad máxima, la mayor parte del agua se encuentra muy retirada de la fase sólida y por tanto su potencial matricial es nulo. A medida que va desapareciendo el agua de los poros más gruesos y solo va quedando en los de menor tamaño, el potencial matricial va creciendo pues la distancia máxima de las moléculas de agua que llenan un poro es la del radio de ese poro, de modo que a menor tamaño de poro mayor es la fuerza con que el agua está retenida. Cuando el potencial matricial es igual a la presión atmosférica, las fuerzas de empuje y de sujección de las moléculas de agua se anulan por tener el mismo valor y signo opuesto, de modo que ese agua permanecería retenida de modo indefinido. En este punto se dice que el suelo se encuentra a su "capacidad de retención", el potencial matricial sería de 100 kPa o de 1000 milibarias, por lo que su pF sería de 3.

Ahora bien, la situación anterior solo se consigue cuando ha desaparecido toda el agua retenida con una fuerza menor a la citada, pero ya vimos que existe una primera fase con una velocidad muy alta de flujo que va disminuyendo rápidamente hasta un cierto momento en que casi se estabiliza, lo que hace que haya una parte del agua que tarda un tiempo muy grande en abandonar el suelo, que puede estimarse entre diez y quince días. Este agua, de circulación lenta, es utilizable por las plantas pues existe suficiente aireación para que puedan respirar y obtener la energía suficiente para la succión, y la fuerza con que el agua está retenida es pequeña lo que facilita la labor de las raíces. El cambio de velocidad se produce cuando el potencial matricial está alrededor de 33 kPa equivalentes a un tercio de atmósfera o un valor de pF de 2.5. Se estima que en este momento se encuentran llenos los poros cuyo diámetro es inferior a 8 mm, que es lo que se considera como "microporosidad". En esta situación se dice que el suelo se encuentra a su "capacidad de campo". El contenido de humedad del suelo en este punto puede utilizarse para determinar el valor de su microporosidad, teniendo en cuenta que la humedad del suelo se expresa en un falso porcentaje, pues lo que se indica como tanto por ciento es en realidad la cantidad de agua retenida por 100 g de suelo seco. Conociendo la densidad aparente del suelo es fácil calcular el volumen ocupado por una determinada masa, así como el volumen de agua, que coincide con el volumen de microporos, dada su equivalencia peso-volumen.

Llegado el suelo a su capacidad de retención, solo la evaporación del agua o la succión de ella por las raíces de las plantas puede conseguir eliminarla, pero esto nunca sucede por completo mas que en los primeros centímetros del suelo que es donde se produce un fácil intercambio con la atmósfera libre. A este punto va llegando el agua más profunda mediante ascenso capilar por las diferencias de potencial matricial que se van creando, pero la velocidad de suministro se va haciendo cada vez más pequeña a medida que se van reduciendo las diferencias. Esto hace que el lazo capilar se rompa en un determinado momento y cese el aporte de agua a la superficie, esta sitación se conoce como "punto de ruptura del lazo capilar" y sucede cuando el valor del pF es de aproximadamente 3.4.

No obstante, la perdida de agua sigue su curso mientras las raíces sean capaces de absorberla, pero como todo tiene su límite, cuando se alcanza un potencial matricial de 1500 kPa aproximadamente, las plantas ya no pueden absorber más agua y si no hay un suministro, se produce la marchitez de las mismas por lo que a esa situación se le conoce como "punto de marchitamiento". En ese punto la planta no puede absorber agua pero tarda en morir, de modo que un suministro a tiempo puede salvarla. Esta salvación no es posible cuando el potencial matricial alcanza valores aproximados a los 1600 kPa, pues se empieza a producir una succión por parte del suelo del agua celular lo que provoca una floculación de los coloides intracelulares por sobresaturación y la muerte de las celulas. De ahí que al primer punto se le conozcacomo punto de marchitamiento temporal y a este segundo, como punto de marchitamiento permanente.

El agua que puede retener el suelo a su capacidad de campo menos la que mantiene en el punto de marchitamiento, es la que se conoce como "agua útil" y es la aprovechable por las plantas. El contenido total de este agua útil en la zona de enraizamiento y en unos 50 cm más de profundidad, que es la que se estima que puede llegar a esa zona por ascenso capilar, constituye la "reserva de agua" del suelo. Cuanto más alta sea esta mayor será la posibilidad de resistencia de las plantas a un periodo seco. Esta reserva marca la máxima duración del periodo entre lluvias para el mantenimiento de la vegetación y está en función de la textura y la estructura del suelo, aunque la duración final depende de la temperatura y de la cubierta vegetal, pues una marca la evaporación y la otra las pérdidas por transpiración.

Existe otro factor asociado al potencial matricial en la capacidad de suministro de agua a las plantas, es la presión osmótica de la solución del suelo, que se suma a aquel en la resistencia a la absorción, pues no olvidemos que el paso de agua del suelo a la raíz es un fenomeno osmótico. De ahí el efecto de sequía fisiológica que se produce en los suelos que presentan una elevada salinidad.

Todavía nos queda otro factor modificador asociado a la geometría de los poros del suelo. Si representamos en una gráfica los niveles de humedad y los correspondientes potenciales matriciales para un determinado horizonte, encontramos que las curvas obtenidas son diferentes según se haga la determinación sucesiva de ambos parámetros. Si se parte de un suelo completamente húmedo que se va desecando, la curva queda por encima de la correspondiente a un suelo seco que se va humedeciendo, representando en ordenadas al potencial matricial. Esto significa que para un mismo contenido en humedad, el suelo que se va secando presenta un potencial matricial mayor que el que se va humedeciendo. A este fenómeno se le conoce como "histéresis" y se debe a la forma en que se produce el humedecimiento o el secado, que siempre se inician en los poros mayores, lo que hace que en el comienzo de la experiencia se produzca una gran variación del potencial matricial, cuando el suelo se va desecando se produce un rápido ascenso y después un equilibrio correspondiente a la redistribución del agua en los poros; cuando el suelo se humedece ocurre lo contrario, todo se inicia con una fuerte bajada del potencial matricial, de ahí la diferencia de las curvas que es máxima es su punto central.

Este fenómeno es de especial importancia en la economía del agua. Cuando va disminuyendo el contenido hídrico la dificultad para la absorción de agua por las plantas se hace aun mayor que la esperada, lo que hace que tomen precauciones ante un fin inmediato y ahorren agua, lo que permite que la duración de la reserva del suelo sea mayor. Por otra parte, cuando el suelo se humedece, al existir un potencial menor del previsible, la succión de agua por los poros pequeños es menor y permite que el agua permanezca más tiempo en los poros grandes, así alcanza niveles más profundos en el suelo y la hace menos suceptible a la evaporación y más perdurable en el mismo. De este modo la histéresis atenúa el consumo y aumenta el enriquecimiento, lo que permite un mejor aprovechamiento de un bien tan escaso como el agua dulce.

 

Todo este proceso de retención de agua por parte del suelo está asociado a la presencia de coloides, sobre todo los minerales o arcilla. Así los suelos arcillosos retienen más agua que los arenosos como ya sabemos, pero no solo interviene la cantidad de arcilla sino la calidad de la misma. Las arcillas con mayor actividad retienen mas agua, como sucede con las esmectitas; mientras que las de poca actividad retienen menor cantidad, como sucede con ilitas y caolinita.

 

 

 

 

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A Lección 4

Actualizada 17/3/05