Edafología. Ciencias Ambientales

Lección 5 Propiedades del suelo. Propiedades físicas. Dinámica del agua. Balance hídrico.

Como en todo balance es necesario establecer las ganancias y las pérdidas. Además, en este caso, la caja tiene un límite que viene marcado por la reserva hídrica del suelo.

Las ganacias están representadas prioritariamente por las lluvias, si bien existen otras como la nieve, las precipitaciones ocultas, como la escarcha o el rocío y, eventualmente, el riego. Si bien en los cálculos solo se introduce la lluvia y la nieve, que son los parámetros suministrados, de forma regular, por las estaciones meteorológicas.

Las pérdidas consisten en la escorrentía superficial, la percolación a través del suelo, la evaporación y la transpiración. La primera es díficil de evaluar y habría que recurrir a un análisis completo de las cuencas fluviales, lo que no siempre es posible, por ellos solo se consideran la evaporación y la transpiración, además de la percolación que se deduce de los excesos de agua ganada que no pueden ser almacenados por la reserva hídrica del suelo.

La evaporación y la transpiración por parte de las plantas están fuertemente influidas por la temperatura ambiente, y la segunda por la cubierta vegetal presente. A efectos de cómputo, los dos términos se engloban en lo que se conoce como "evapotranspiración", que puede definirse como la pérdida de humedad del suelo por el efecto conjunto de la evaporación superficial y la transpiración de las plantas.

Cuando se relaciona la precipitación con la evaporación en un lugar determinado se obtienen unas curvas semejantes a las que aparecen en la figura de la izquierda.

Partiendo de suelo seco, la evaporación corresponde siempre con la precipitación, hasta que se alcanza un determinado nivel en el que la primera permanece constante cualquiera que sea el nivel de precipitación alcanzado. No obstante, ese valor constante varía de unos días a otros y siempre lo hace en función de la temperatura. Ese máximo nivel alcanzado por la evaporación es lo que se conoce por Evapotranspiración potencial y está relacionado con la cubierta vegetal de la zona y con la duración del día.

En zonas de la Tierra con diferente latitud, aun cuando la temperatura media de un día concreto sea idéntica al igual que la cubierta vegetal, la evapotranspiración potencial es diferente. También influye la temperatura media del lugar para la época del año en que se mide la evaporación, pues el suelo como sabemos presenta una inercia térmica importante.

El calculo de la Evapotranspiración potencial no es sencillo pues han de hacerse intervenir todos los parámetros citados. Se han establecido numerosas ecuaciones para calcular sus valores medios mensuales, dado que usualmente solo se dispone de temperaturas medias mensuales, aunque la más utilizada es la debida a Thorntwaite, que calcula una serie de constantes según la distribución térmica anual y las relaciona con la temperatura media de cada mes para obtener un valor promedio, que posteriormente corrige con un factor variable según la latitud del punto considerado, para compensar las diferencias en la relación día/noche correspondientes a una misma época del año.

La Evapotranspiración potencial solo se lleva a cabo cuando el suelo dispone de bastante humedad para satisfacerla, de modo que en periodos secos el valor de la pérdida de humedad puede ser menos que el calculado, es lo que se conoce como Evapotranspiración real, que para un mes en concreto sería la suma de la precipitación en ese periodo y la reserva de agua del suelo al inicio del mismo. Solo cuando el valor anterior supera a la Evaporación potencial, puede esta satisfacerse y coincide con la real, el exceso de agua permanece como reserva del suelo, salvo en los periodos lluviosos en lo que puede, dicho exceso, superar a la capacidad de reserva y existirá una evacuación de la sobrante por drenaje o escorrentía superficial si la permeabilidad del suelo es inferior a la intensidad de la precipitación.

Cuanto mayor es la Evapotranspiración real de una zona mayor es la formación de biomasa vegetal en la misma, si bien existe una limitación en función de la fertilidad del suelo, que podría constituirse en el factor limitante del crecimiento.

Como se desprende de la figura, cuanto mayor es la fertilidad del suelo menor es el agua que es necesario consumir para la formación de una misma cantidad de biomasa expresada en materia seca. En los climas xéricos esto es muy importante porque se realiza un mejor aprovechamiento del agua, que es el bien más escaso.

En los suelos de cultivo, el abonado o las prácticas conducentes a mejorar la fertilidad del suelo, también provocan un mejor aprovechamiento del agua.

En estos casos conviene utilizar la corrección necesaria para que pequeños incrementos de consumo hídrico se traduzcan en los mayores aumentos posibles en rendimiento en materia seca.

De la figura se desprende que la utilización del abonado óptimo provoca un notable incremento de rendimiento con una mínima elevación del consumo de agua. Un abonado superior al óptimo podría incrementar el rendimiento pero a costa de un desmedido consumo hídrico, lo cual puede conducir a una mayor aridización de la zona.

 

Para conocer con propiedad el estado hídrico de una zona es necesario elaborar lo que se conoce como Balance hídrico, que no es más que una evaluación de las ganancias y pérdidas de agua sufridas por el suelo en periodos de tiempo definidos. El Balance se suele realizar por meses utilizando los valores promedio correspondientes a cada término del mismo, para que tenga una representatividad adecuada es necesario que los periodos de tiempo utilizados en la obtención de los promedios sean lo mayor posible. Lo ideal es utilizar periodos de regresión de treinta años o más, lo cual no siempre es posible, pero de cualquier modo nunca deben ser inferiores a siete años que es lo que se considera un ciclo climático corto.

Las ganancias de agua están representadas por las precipitaciones recogidas en las estaciones meteorológicas, en forma de agua o de nieve. Existen otras formas de ganancia que no suelen incluirse por desconocimiento de los valores que representan, que suelen ser muy escasos, como sucede con el rocío, la escarcha o las precipitaciones ocultas, que proceden de la captación directa del agua de las nubes por la vegetación mediante condensación en las hojas; estas pueden ser muy importantes en ciertos lugares pero son muy difíciles de evaluar.

Las pérdidas están constiuidas por las escorrentias superficiales, las percolaciones a los mantos freáticos, la evaporación desde la superficie del suelo o la transpiración de las plantas. Las dos últimas se evaluan de forma conjunta mediante la evapotranspiración potencial, que ya se ha definido. La primera puede estimarse en un porcentaje de la lluvia si bien no suele considerarse y la segunda se deduce del propio balance, constituyendo lo que se conoce como exceso.

 

Estación: Serradilla (Cáceres).

Periodo: 1967-1986.

Meses

P

ETP

ETR

DR

R

Exceso

Déficit

Enero

107.4

14.1

14.1

0.0

100.0

93.2

0.0

Febrero

106.9

18.7

18.7

0.0

100.0

88.3

0.0

Marzo

80.4

33.5

33.5

0.0

100.0

47.0

0.0

Abril

57.7

50.9

50.9

0.0

100.0

6.8

0.0

Mayo

68.0

77.3

77.3

-9.3

90.7

0.0

0.0

Junio

38.3

132.1

128.9

-90.7

0.0

0.0

3.2

Julio

7.7

179.6

7.7

0.0

0.0

0.0

171.9

Agosto

10.7

165.9

10.7

0.0

0.0

0.0

155.2

Septiembre

38.0

117.7

38.0

0.0

0.0

0.0

79.7

Octubre

68.5

66.1

66.1

2.4

2.4

0.0

0.0

Noviembre

102.7

29.4

29.4

73.3

75.7

0.0

0.0

Diciembre

104.2

15.6

15.6

24.3

100.0

64.3

0.0

Anual

790.4

900.8

490.8

299.6

410.0

Un balance se construye mediante una tabla en que sus filas corresponden a los doce meses del año más una de resumen anual, y sus columnas representan la precipitación, evapotranspiración potencial, evapotranspiración real, variación de la reserva, valor de la reserva, exceso de agua y déficit de la misma. Todo ello en la forma que aparece en la tabla que precede a estas líneas. Todos los valores están expresados en mm de altura de un hipotética lámina de agua situada sobre el suelo, corresponden a litros por metro cuadrado de superficie.

Los valores de precipitación y de evapotranspiración potencial son los de partida, así como la reserva hídrica del suelo; el resto se calculan al ir elaborando el balence. Cuando se trata de efectuar el balance correspondiente a la zona de influencia de una estación meteorológica, como es el caso del ejemplo, al existir diferentes tipos de suelos se fija como valor de la Reserva el de 100 mm.

El primer problema con el que tropezamos es la elección del mes de inicio para la elaboración del balance. Si escogiesemos Enero tropezariamos con el inconveniente de no conocer el estado de la Reserva hídrica del suelo a su inicio, ello podría suponer el tener que reiniciar el cálculo por un error en ese valor inicial. Por esta razón suele iniciarse, en nuestro clima, en el meas de Septiembre en el que se supone que la Reserva es de 0 mm.

Con las dos primeras columnas rellenas procedemos a calcular el resto. La evapotranspiración real coincidiría con la potencial en aquellos casos en que esta fuese inferior a la suma de la precipitación más el contenido de la reserva; en los demás casos sería el resultado de sumar la precipitación al valor de la reserva al inicio del mes considerado.

La variación de la reserva sería la diferencia entre la precipitación y la evapotranspiración real, siempre que su valor sumado al de la reserva al inicio del mes esté comprendido entre 0 y el valor total de la Reserva considerada. Cuando la suma indicada supere el valor de la reserva, la variación de la misma será la diferencia entre la reserva total y la reserva al inicio del mes considerado. Cuando la suma sea inferior a cero, la variación será la diferencia entre 0 y la reserva al inicio del mes.

La reserva siempre será la suma del valor al inicio del mes y la variación de la reserva.

El exceso solo se producirá cuando el valor de la precipitación supere al de la evapotranspiración potencial más la variación de la reserva. Su valor coincidirá con la diferencia entre la precipitación y la suma indicada.

El déficit solo existirá cuando la evapotranspiración real sea menor que la potencial y su valor será la diferencia entre la evapotranspiración potencial y la real.

Del balance hídrico se desprenden una serie de valores muy importantes en las relaciones del suelo con el clima en el que se encuentra. El primero de ellos es el que se conoce como déficit climático que viene expresado por la diferencia entre la evapotranspiración potencial anual y la precipitación en el mismo periodo. Cuanto mayor sea este valor mayor será la aridez de la zona considerada. Los valores negativos corresponden a las zonas húmedas.

Otro parámetro muy interesante es el que se conoce como eficacia de la lluvia, que marca el índice de aprovechamiento de las precipitaciones y viene expresado en forma de porcentaje. Se calcula por el cociente entre la evapotranspiración real y la potencial, multiplicado por cien. En este valor influye decisivamente la reserva hídrica del suelo, pues cuanto mayor es su valor menores son los excesos y los déficits y más se acercan las dos modalidades de evapotranspiración. Por tanto, el incremento de la reserva aumenta la eficacia de la lluvia, lo cual es de extraordinaria importancia en las regiones subhúmedas, semiáridas o áridas.

Los valores totales de déficit nos marcan las necesidades de agua para un riego hipotético del terreno cubierto por un suelo determinado bajo un clima definido. También, desde el punto de vista genético del suelo, el déficit marca la posibilidad de acumulación de sustancias en los horizonts inferiores del suelo.

Los excesos de humedad son un índice del lavado potencial del suelo y de la posibilidad de movimiento de materia en el seno del mismo o hacia el exterior. Procesos como los de iluviación solo pueden tener lugar en lugares donde coexistan excesos de agua y déficits de la misma.

Para facilitar la interpretación de las relaciones hídricas del suelo se utiliza la representación gráfica del balance que se observa en la figura.

En él se utiliza la misma relación de escalas para la temperatura y la precipitación que en los diagramas ombrotérmicos, si bien en ellos se utiliza la temperatura en lugar de la evapotranspiración potencial, lo que los hace menos precisos.

De este diagrama se deduce con facilidad el periodo de recarga de la reserva del suelo, el periodo de exceso y la duración del periodo vegetativo en el suelo cuyo final coincide con la terminación de la utilización de la reserva.

Cuando se quiere prolongar el periodo vegetativo mediante el riego, se puede conocer de forma gráfica las necesidades de agua para llevarlo hasta un determinado momento del año.

Estas son solo algunas de las deducciones que pueden hacerse de la observación detallada del balance hídrico del suelo o de su representación gráfica. Cada situación viene definida por un gráfico de forma diferente, lo que resulta muy útil para la comparación de distintas situaciones.

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Actualizada 13/4/05