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CONSIDERACIONES RELATIVAS A LAS EVALUACIONES FISICAS DE LOS SISTEMAS DE CULTIVOS.

Ejemplo - Guía para su elaboración •

Autor:

Ing. Agr. Carlos Pecorari *

(*) Técnico de la EEA RAFAELA DEL INTA

PUBLICACION MISCELANEA N° 83

INTA República Argentina

Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria Centro Regional Santa Fe

Estación Experimental Agropecuaria Rafaela Septiembre 1997

•

..

A - LA ESTRUCTURA COMO CONDICIONANTE PRINCIPAL

Los problemas que se presentan en la actualidad en materia de degradación de suelos, exigen respuestas y soluciones a corto plazo, superando todos los esfuerzos que se realizan. Este trabajo surge como consecuencia del diagnóstico participativo realizado en el departamento San Jerónimo, en la provincia de Santa Fe el 31 de agosto de 1995. Dicho diagnóstico tenía como objetivos: iniciar con productores y técnicos de la zona, un proceso de discusión sobre los principales factores limitantes técnicos-productivos que afectan a sus sistemas agrícolas .

Los participantes concluyeron en forma unánime, que el problema de degradación fisica de los suelos y su relación con la economía del agua edáfica y. factores asociados, era de máxima prioridad e importancia dentro de la secuencia de limitantes mencionadas en dicho diagnóstico. En el transcurso del presente trabajo, se podrá precisar que significa "degradación" en base a puntos de referencias estipulados y cuales son sus consecuencias agronómicas.

La estructura:

En este capítulo se resumen los conceptos vertidos por Stengel (1990) sobre estructura del suelo, que explican en forma precisa y global este parámetro como muy pocas veces fuera realizado. Nadie duda de la importancia de la estructura del suelo ni de los riesgos que se corren cuando la agricultura practicada tiende a degradarla como sucede en muchas partes del mundo. En cambio, el interés de estudiarla directamente es objeto de controversias entre los investigadores.

Sin embargo, el estudio de la estructura es indispensable para entender el efecto de los factores externos sobre el suelo y en particular, los antrópicos. Lo es también para interpretar globalmente (preveer) las modificaciones de su funcionamiento y el efecto resultante sobre los cultivos. Se debe recordar que sólo se puede intervenir en el suelo con herramientas de labranzas hasta cierto momento del ciclo del cultivo, pero luego se depende únicamente de la evolución o comportamiento de la estructura modificada por los efectos naturales (clima y cultivos).

El mayor problema es saber que variables características de la estructura son más importantes o de mayor peso y si es posible medirlas a un costo razonable. Para obtener soluciones importantes, se deberán realizar estudios conjuntos en dos aspectos particulares, transferencia y estructura. El desarrollo de modelos como los integrados de funcionamiento suelo-clima-planta, pueden ayudar mediante el uso de la simulación, a seleccionar los factores fundamentales.

Grandes esfuerzos se han realizado en los últimos años y se han logrado también significativos avances. Estos responden a solucionar problemas de las capas arables en particular, cuya prioridad se justifica por la magnitud de las variaciones temporales y espaciales de su estructura y por el hecho de que son afectadas principalmente por la actividades de la producción.

En la definición de estructura se puede mencionar que no existe ambigüedad cuando se habla de espacio poroso, si bien sus límites pueden ser dificiles de establecer con precisión en ciertos casos. Se trata del volumen ocupado por las fases líquida y gaseosa respecto al volumen total del suelo.

5

Va:

1 11 = Porosidad total

le = indice de Yacio I e =

Vt

Va Vs

Vt = Volumen total

Vs = Volumen del sólido

Va = Volumen del aire

Pa = densidad aparente

Ps = densidad del sólido o real

p = masa

11= Vs

Vt

(Vt- Vs)

=

= = Vs

p

p

Vt

Vs

11 =

- 1 = -1

FIGURA 1. Relaciones entre volúmenes ..

Siendo el suelo un elemento poroso y esta característica comanda a las propiedades de transferencia, se transforma en un parámetro importante si se lo puede medir. Para tal fin, se utilizan índices contenidos en la Fig. 1, la porosidad y el índice de vacío. El primero se refiere a la relación entre volumen ocupado por el aire y el agua y volumen total; mientras que el segundo es

. la relación entre volumen ocupado por la fase sólida y volumen correspondiente al aire y al agua.

Una característica mineralógica del suelo pampeano es la de poseer una relación peso/volumen baja, por consiguiente, el índice de vacío se transforma en la herramienta apropiada para expresar la porosidad. Es conveniente determinar la densidad del sólido de cada muestra que se utiliza.

Cuando se habla de estructura , su definición no es compartida por todos los especialistas. En el sentido más restringido se trata de la organización de las partículas sólidas a diferentes escalas. Esta definición se hace más acotada aún cuando se refiere a diferentes escalas que pueden abarcar desde niveles microscópicos adecuados para describir la agregación de partículas de arcillas, hasta escalas métricas referentes a estructuras formadas por agrietamiento en suelos arcillosos.

6

..

..

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•

Para otros autores, la definición incluye ·la propiedad de deformación de esa organización como por ejemplo, la estabilidad con respecto a la acción del agua, resistencia mecánica, etc. La noción de comportamiento estructural parece la más adecuada para este tipo de propiedades.

De esta manera, la fisica de suelos busca desarrollar medios adecuados de previsión del efecto de todos los factores del suelo sobre:

* el crecimiento y desarrollo de los cultivos * los medios y las técnicas necesarias para la producCión * la protección y conservación del medio ambiente

Las propiedades que determinan estas consecuencias de los factores fisicos son esencialmente dos:

* propiedades de transferencia y almacenamiento (agua, solutos) * propiedades mecánicas

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..................... .. .....................

¡~ .....................

COMPORTAMIENTOS ..................... -TEXIURA····· .. :: : . ::::: ESTRUCTURALES ... .. ..................... ... .. . ....................

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~~TRUCTURA TENSIONES . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . INTERNAS Y EXTERNAS

I PROPIEDADES DE - TRANSFERENCIA

~

PROPIEDADES - MECÁNICAS

I

FIGURA 2. Relaciones entre la textura, la estructura y las propiedades físicas.

La estructura en sí no representaría mayor interés para estos fines si se estuviera en condiciones de conocer este grupo de propiedades en el tiempo y en el espacio. Evidentemente no es el caso, puesto que estas propiedades sufren grandes variaciones espaciales y temporales sin posibilidad operacional de estimarlas o medirlas en forma eficiente y económica.

De ·10 mencionado anteriormente surge que las propiedades mecánicas y de transferencia son consecuencias del estado del suelo. Concepto importante ya que introduce la fase dinámica al sistema. En la Fig. 2 se observa como la textura comanda los comportamientos estructurales y que acompañados por tensiones internas y externas, conforman el estado estructural.

Es necesario determinar la evolución de la estructura debida a la acción exterior a partir de un estado inicial dado. Dicho estado inicial debe estar lo más acotado y evaluado posible.

7

Inconvenientes que se presentan para su estudio:

Horizonte A 1

Fuente: R. Giorgi et al., 1994.

Horizonte de transición H> TI Horizonte B2t

observaciones (N°)

cm

o

- 20

- 30

-40

- 50

FIGURA 3. Espesores de los horizontes superficiales en un lote de 20 hectáreas. Establecimiento "La Ramada" en Llambi Campbell. Santa Fe.

Por otro lado, existen tests que permiten cuantificar los comportamientos del material del suelo donde no se tienen en cuenta su estado inicial y son aquellos que se califican como intrínsecos. De esta forma, se puede decir que un suelo es más sensible a la compactación, que es más o menos apto para la fisuración, más o menos sensible al planchado, etc:

El estudio de la estructura del suelo es un problema muy complejo, resultado del grado de heterogeneidad de los factores que intervienen y que a pesar de los esfuerzos realizados, aún hay temas que resolver. Gran parte de dicha heterogeneidad se observa naturalmente en los perfiles de suelos como por ejemplo, el espesor variable de los horizontes genéticos, tal como se aprecia en la Fig. 3. Generalmente estos horizontes presentan diferencias texturales entre sí y tal como se, observa en la Fig. 2, la textura es la base del funcionamiento de la estructura, obligando por consiguiente a efectuar muestreos específicos por horizontes.

Un problema es definir la escala a estudiar. Puede ser amplia y variar desde la organización de las partículas de arcilla hasta el estudio de la fisuración de los vertisoles; o sea que puede ser

8

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submicroscópica, micro y macroscópica. A veces es necesario realizar un estudio que contemple varias escalas. Por el momento se tienen dos puntos a favor, uno es que el suelo es un medio poroso y se lo puede medir y otro es el que sostiene que la estructura genera este espacio poroso.

Si se le suma el aspecto dinámico de variabilidad espacial y temporal, la problemática adquiere mayor dimensión. La estructura del suelo puede cambiar en el espacio y en el tiempo sin importar la variable que se estudie para describirla ni la escala considerada. Es más importante cuanto más próxima se encuentre de la superficie del suelo y cuanto mayor sea la escala tomada. Los factores que intervienen pueden ser mecánicos y climáticos. La variación temporal puede ser corta.

En un trabajo realizado por De Battista et al.1996, se observan diferentes estructuras que se generan por el paso de una herramienta de desfonde y en suelos con siembra directa (Fig. 4 Y 5).

20

cm

Fuente: De Battista et al, 1997.

MA 2,5 % vz.l terrones + Laminar ~ Ftf 22 %

FIGURA 4. Descripción de un perfil cultural en siembra directa con desfonde.

En el sector del perfil no afectado por el trabajo del paratill se encuentra una capa superficial de tierra fina y residuos de cosecha de 3-4 cm de espesor (Ftf 21,9%) por debajo de la cual todo el resto del horizonte A presenta agregados soldados entre sí, dificiles de separar lo que indica una porosidad inter-agregados media (SDr 38,5%) con abundantes poros biológicos. El trabajo del paratill, pasando a unos 28-30 cm de profundidad respecto al nivel del suelo sin laborear provoca la fragmentación del estado SD r en tierra fina y terrones de estado interno r de 4-6 cm. el efecto del paratill es uniforme en toda la superficie tratada hasta unos 15-17 cm de profundidad. Por debajo de este nivel, el efecto de fragmentación de cada timón se reduce a un ancho de 10-12 cm, quedando una zona sin trabajar .

~ poros + 1"'::::::1 O Ftf 7 3 % ::::::: Ftf 20,2 % , ::;;;:::::

t~~ SFr58,6 % mm Mr 9,4 % M.1. Laminar 4,5 %

Fuente: De Battista et al., 1997.

FIGURA 5. Descripción de un perfil cultural en siembra directa continuada.

9

También se observa una considerable heterogeneidad sobre un lote en siembra directa continuada para la misma serie de suelo (Fig. 5), encontrando en el comentario de los mismos autores lo siguiente: este lote presenta una alta porosidad estructural en todo el horizonte A, la capa superficial de tierra fina y rastrojo de soja tiene un espesor de 5-7 cm (Ftf 20,2%), por debajo, el estado dominante es (SFr 58,6%) y una zona con gran porosidad estructural por acción de lombrices (Ftf + poros = 7,3%). Las únicas manifestaciones de reducción de la macroporosidad están localizadas bajo una huella de cosechadora (Mr 9,4% y MA laminar 4,5%).

LA ESTRUCTURA DEL SUELO

1 - PRINCIPALES DIFICULTADES DE SU ESTUDIO

- Rango de las escalas a considerar

- Heterogeneidad y variabilidad espacial

- Factores externos

- Organización interna

2 - POROSIDAD

El suelo es un medio poroso organizado a diferentes escalas

La estructura es la disposición de las partículas en el espacio y su modo de ensamblado

La estructura determina la geometría del espacio poroso

FIGURA 6. Síntesis del estudio de la estructura.

El objetivo que se persigue es muy complejo y se observa claramente en las capas arables del suelo, donde la estructura no es geométricamente regular. Las formas y las dimensiones de los elementos estructurales son irregulares, variables y poco definidos. En estos casos es conveniente realizar muestreos (densidad aparente, por ejemplo) tomando grandes volúmenes de suelo, tratando de representar todo el sistema de porosidad (volúmenes masivos y grandes grietas).

Ahora bien, ¿cuál es la solución para cuantificar el estado estructural del suelo?

Se considerarán en este trabajo dos métodos fundamentales, uno se basa en la descripción estricta de la estructura, es el método del perfil cultural (Manichon, 1982) y el otro se refiere al estudio del espacio poroso, denominándose análisis de la porosidad (Stengel, 1979; Monnier et al., 1982).

10

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•

El método del perfil cultural consistente en la descripción morfológica de la estructura a distintos niveles de organización. Esta descripción se basa en una zonificación de la variabilidad del estado estructural, ponderando en cada zona el estado interno de los terrones que la conforman, mediante su porosidad visible, la forma en que se agrupan y asociándolos al mismo tiempo, con el sistema de porosidad estructural y textural (Gautraunneau et Manichon, 1987; De Battista et al, 1993).

La capa superior de los suelos cultivados sufre esfuerzos mecánicos variados ejercidos por las maquinarias y agentes naturales. Sus efectos son contradictorios (fragmentación y compactación) y heterogeneamente distribuidos .

Las ruedas de las maquinarias afectan parte del volumen del perfil creando una gran variabilidad espacial del estado fisico. Esta variabilidad del estado estructural no es de naturaleza aleatoria por 10 que es posible realizar una partición de dicho volumen, sobre la base de las causas de variación conocidas a priori.

Partición vertical y lateral del perfil: Sobre la pared vertical del perfil se distinguen además de los horizontes pedológicos, los horizontes o capas antrópicas en el Ap. Las variaciones bruscas del estado estructural y las huellas de las herramientas utilizadas ( alisados) son los síntomas que regulan esta partición.

Cada horizonte es susceptible de presentar en su seno cierta variabilidad de origen conocido. Se definen así tres tipos de posiciones laterales: L 1 zona afectada por ruedas de maquinarias cuyas huellas son visibles en la superficie del suelo; L2 zona por donde han circulado maquinarias utilizadas entre la arada y la última labor y L3, zona indemne de las acciones anteriores.

Criterios de descripción: El principal criterio de evaluación del estado del perfil es la descripción del estado estructural, resultante de las acciones culturales en interacción con el clima, componente esencial del estado del medio para el funcionamiento de las raíces y semillas. Otros criterios tenidos en cuenta son: estado hídrico, síntomas de hidromorfismo, localización y aspecto de los residuos vegetales, aspecto y distribución de las raíces y actividad de la fauna.

Los constituyentes de la estructura son los "terrones" formados por las acciones de fragmentación y compactación de las herramientas. Se distinguen dos niveles de organización estructural.

Primer nivelo estado interno de los terrones: Se evalúa luego de la fragmentación manual en terrones de 1 a 2 cm de diámetro, observando su cohesión y sus caras de ruptura.

Se distinguen tres estados: El estado "f' corresponde a una cara rugosa y a una porosidad visible importante. Este estado está relacionado en forma directa a procesos naturales de estructuración .

El estado "A" presenta una cohesión más elevada y las caras de ruptura son lisas, de aspecto contínuo y de forma concoidea, sin porosidad visible. Corresponde a la compactación de los agregados preexistentes por medio de una acción mecánica severa, siendo el valor de la densidad aparente de dichos terrones, semejante a la densidad textural del material considerado.

El estado 'T" es un intermedio entre los dos anteriores presentando poca porosidad y rompe en caras irregulares.

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Segundo nivel o disposición de los terrones: Se distinguen las modalidades: cuando varios terrones de dimensiones comparables coexisten en un volumen dado, se llama estado fragmentario, distinguiendo los estados "F" (terrones individualizados) y "SF" (terrones adheridos). Si una unidad morfológica está compuesta de un solo elemento de gran dimensión, es un estado masivo "M". Entre estos casos extremos existe un estado "SD" en que los terrones son dificilmente discernibles, sin poder hablar de un estado contínuo.

Como ejemplos se presentan (Fig. 7 Y 8) dos perfiles culturales efectuados en el Dpto. San Jerónimo, Sta. Fe en suelos de agricultura continuada en siembra directa (De Battista et al., 1996).

10

20

30 20

[ill Ftf 15,7 %

~SFr57,2%

cm

10

20

30

1>] Ftf 18,2 %

~ SFr 0,6%

cm

40 60

40 60

~SDr 20,6%

mm Mr 38,3 %

80

80

100 120 140

lIIII1 Mr 16%

Mr 11,1 % Laminar

100 120 140

Mr 13,9 % Laminar

IIMLl 8,4%

~----------------------------------------~--~--~---,

30L-~~~~--~~~~--~~--~~--~--~~--~~

Fuente: De Battista et al., 1997.

FIGURA 7 Y 8. Cartografia del perfil de los lotes sur y norte respectivamente.

12

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En los tres metros de perfil evaluados no se encontraron síntomas de compactación severa. La mayor parte del perfil presenta una buena porosidad intra e interagregados (SFr=57,2%). Todo el perfil presenta una capa superficial de 3 cm aproximadamente de tierra fina (Ftt) mezclada con algunos residuos de cosecha, por debajo de ésta aparece en forma discontinua y de escaso espesor una capa de estructura laminar (MA lam=ll,l%). También en forma localizada y sin mucha importancia aparecen zonas en las que ha desaparecido la porosidad entre agregados (Mr = 16%), producto seguramente del pasaje de ruedas en condiciones muy húmedas.

El otro caso estudiado es similar al anterior en cuanto al tipo de suelo, aptitud y antecesor y se observa que la mayor parte del perfil presenta poca porosidad entre agregados, es decir, que se encuentran muy soldados entre sí (estados Mr 38,3% y snr 20,6%), pero aún conservan cierta porosidad estructural, producto de sucesivas acciones de compactación, pero en condiciones de humedad relativamente baja. No obstante aparece en forma localizada debajo de una huella una zona severamente compactada, sin porosidad estructural (MA 8,4%).

Su extensión no es importante respecto a la superficie total del perfil, pero este estado es la manifestación de una compactación severa producida por el tránsito en condiciones húmedas. Se deberán tomar precauciones para no ampliar el volumen de suelo compactado, lo que traerá consecuencias serias para los cultivos, principalmente en años secos.

Superficialmente se observa la característica capa de 3-4 cm de tierra fina con residuos de cosecha (Ftf 18,2%) Y por debajo de ésta, en forma discontinua, aparecen zonas de escaso espesor con estructura laminar (MA lamo 13,9%), que en caso de generalizarse, provocarán una disminución notable de la tasa de infiltración y de la tasa de difusión de oxígeno, lo que repercutirá negativamente sobre el funcionamiento de los cultivos. Este lote se encuentra en un estado menos favorable que el lote sur por lo que se deberán tomar precauciones en cuanto a las condiciones de humedad en que se transita, para no provocar una seria degradación

Los compartimentos resultantes de la doble partición (horizontal y vertical) constituyen el cuadro de la descripción. Para realizarla se procede a la descripción de los dos primeros niveles de organización, marcando sus límites y prosiguiendo así con toda la cara de observación del perfil. Para evaluar la importancia relativa de cada una de estas unidades, se procede a realizar una cartografia y se expresan los resultados como porcentaje de la superficie total del perfil.

Las Fig. 7 Y 8 presentan dos situaciones interesantes por el hecho de encontrarse sobre la misma serie, los mismos operarios, las mismas maquinarias y el mismo sistema de siembra, pero en diferentes lotes separados sólo por el alambrado. Se concluye expresando una vez más en recalcar la necesidad del diagnóstico a nivel de lote.

El análisis del sistema de porosidad tiene como objetivo complementar la caracterización del perfil cultural y tratar de estimar las propiedades de transferencia, mediante la partición del espacio poral. Se conocen trabajos que emplean la curva de retención del suelo (curvas de pF) y dividen la porosidad en micro y macro porosidad con el fin de dar una idea, en el primer caso sobre la transferencia de gases (aereación) y una estimación de las variaciones de la conductividad hidráulica en el segundo. En todos los casos esta división es arbitraria.

Se plantea por consiguiente la hipótesis que manifiesta que en el volumen poroso existen dos conjuntos de poros de orígenes diferentes (Fig. 9):

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POROSIDAD

- Clima

POROSIDAD TEXTURAL

- Trabajo del suelo

- Actividad biológica

Fuente: Pecorari et al, 1990.

FIGURA 9. El sistema de porosidad

'" la porosidad textural que es el ensamble de las partículas elementales del suelo, arcillas, limos y arenas que dejan cierto volumen de poros que varía con el tenor hídrico a causa de la dilatación del material.

'" la porosidad estructural originada por el trabajo del suelo, por los factores climáticos y los organismos vivientes. Esta porosidad es la que cambia con mayor intensidad y es la que se observa en la descripción del perfil cultural.

Pero si se quiere separar la influencia sobre las variaciones de.l volumen poroso entre los factores antrópicos como ser, trabajo del suelo y compactación por un lado y la constitución del suelo y su tenor de agua por otro lado, se debe conocer cada variación del volumen poroso para cada variación del tenor hídrico. Se refiere a la propiedad de contracción-dilatación.

Porosidad textural

Resulta del ensamble de las partículas elementales

entre las cuales existe necesariamente un volumen

de poros debido a su forma y rigidez.

Depende de la composición mineralógica y orgánica

del material y generalmente del tenor de agua.

Porosidad estructural

Representa el complemento de la porosidad textural en la porosidad total

Su origen es variado: acción del clima, organismos biológicos, laboreo del suelo.

FIGURA 10. Síntesis del sistema de porosidad

14

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•

Ahora bien, ¿cómo se procede para evaluar el sistema de porosidad? Se comienza con el muestreo por horizonte y se confecciona una curva de dilatación contracción de los agregados de entre 2 a 3 mm de diámetro (Fig. 11).

11 pt

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

_ Ap Siembra directa Pergamino (Bs.As)

---

0,1

Ap Labranza convencional Las Rosas (Sta Fe)

-- -- ----

0,2 0,3 0,4 0,5

Fuente: Pecorari et al., 1990.

FIGURA 11. Relación de contracción.

0,6 0,7 0,8

w(v/v)/ pS

Estos agregados son fáciles de trabajar y se considera que no poseen porosidad estructural, el espacio poroso se debe al agrupamiento de partículas elementales y a la materia orgánica.

En la Fig. 11 se observa el cambio de volumen que experimentan los agregados por cada cambio de humedad, pero estas variaciones no son tan pronunciadas como en suelos u horizontes más arcillosos, por lo que el efecto de autoestructuración es limitado en estos tipos de materiales. La calidad de la fracción arcilla (80% de illita) y su cantidad respecto a la enorme superficie del esqueleto (limos y arenas) no contribuyen a aumentar esta capacidad .

Cabría realizar un estudio referente al efecto de la materia orgánica sobre la capacidad de contracción-dilatación, con el fin de estimar el efecto antes mencionado. La calidad y cantidad de arcilla no contribuyen a aumentar esta capacidad

Mediante esta curva se obtiene el valor de la densidad textural respecto a cualquier punto de humedad desde cero a saturación. Cuando se muestrea a campo densidad aparente, se deberá tomar también el tenor de humedad y con éste se entra a la curva y se obtiene el correspondiente a densidad aparente. Si se expresan todos los resultados en porosidad empleando el sistema mencionado anteriormente, se pueden comparar los datos para un mismo valor de humedad.

15

6,5

a

B 6,0

I

O 5,5 m a 5,0 s a a CI a 4,5 a

Tn/ha a

4,0 a a

3,5 8 13 18 23 28

Porosidad estructural en %

Fuente: González Montaner et al. 1996

FIGURA 12. Biomasa total de trigo en función de la porosidad estructural

Otro caso interesante se presenta en la investigación realizada por Cornmegna et al (1996), trabajando sobre suelos de textura gruesa del Partido de Guaminí, donde distinguen las diferencias que se manifiestan en los perfiles penetrométricos a través del sistema de porosidad y no por medio de los valores de densidad aparente. Estos autores muestran que la porosidad textural equivale alrededor del 90% de la porosidad total y que la estructural es superior en lotes con suelo virgen y con pasturas.

A modo de ejemplo se observa en la Fig. 12 la relación entre biomasa total de trigo en Tn/ha y la porosidad estructural, si bien las interacciones son más complejas que ésto, da una idea de la explotación del perfil por el sistema radical.

16

r1

~1 '

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i ... : '-:

r

" •

Ps índice de vacío el = -1

Pd total donde:

Pd : densidad aparente

Ps P~ . densidad aparente

índice de vacío . textural e t = - 1

P~ textural Ps : densidad del sólido

_1"""":,,,"" I índice de vacío P t estructural

d

Porosidad total

1 1 1'I t

Pd I 1 = p t Porosidad textural

Ps d

I~s = 1 -Pd pt Porosidad estructural d

FIGURA 13. Cálculo del sistema de porosidad:

B - PROPIEDADES FISICAS DETERMINANTES DE LOS MECANISMOS ELEMENTALES DEL COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA.

La textura:

La textura es el principal determinante del comportamiento de la estructura de los suelos pampeanos. La forma, el tamaño y l~ disposición espacial debido al agrupamiento de las partículas constitutivas de ésta, influyen sobre las clases de porosidad del material.

Si bien se menciona que los suelos pampeanos son fértiles, se hace referencia a su riqueza química, puesto que en su aspecto fisico son frágiles, tal como se tratará de explicar en este capítulo y según resultados de la agricultura agresiva utilizada en el corazón de la pampa húmeda.

17

Cuadro 1: Datos analíticos del horizonte Al de la serie Pergamino expresado en % en peso y en volumen.

GRANULO ME TRIA Ps % g/g % V/V

ARCILLA 0-2 J1 2,615 22,20 21,33

FITOLITOS 2 - 20 J1 2,140 15,08 17,71

LIMO FINO 2 - 20 J1 2,445 21,52 22,11

LIMO GRUESO 20 - 50 J1 2,660 27,10 25,58

ARENAS 50 - 250 J1 2,671 14,10 13,27

TOTAL 2 - 20 J1 36,60 39,82

TOTAL 2 - 50 J1 63,70 65,40

TOTAL GENERAL 100 100

Fuente: Pecorari et al., 1990

Ps : densidad del sólido o densidad real

La característica particular de los suelos pampeanos es su excepcionalmente baja densidad del sólido de la fracción limos finos que los diferencia por ejemplo, de los materiales europeos de textura similar. A continuación se presentan los valores de cada fracción mineral de un horizonte Al de la serie Pergamino y su correspondiente porcentaje expresado en peso y en volumen.

Si se expresa la textura del horizonte Al en porcentaje en volumen y no en peso, se aprecia un aumento de la fracción limo fino, esta expresión condice más con los efectos de baja estabilidad estructural que se aprecia a campo (planchado, capas masivas, etc) y al tacto.

CUADRO 2 . Porosidad de los agregados de 2 a 3 mm de diámetro.

Porosidad de los agregados de 2-3 mm de diámetro de los horizontes superficiales de un suelo serie Pergamino.

Horizontes P s Pd P t eT et eS M.O.

Ap 2,59 1,46 1,68 0,774 0,542 0,232 3,31

A12 2,58 1,60 1,74 0,612 0,483 0,129 2,82

Ps = densidad del sólido; Pd = densidad aparente; Pt = densidad textural

e T,e t, e s = índices de vacío total, textural y estructural; M.O. = materia orgánica. Fuente: Pecorari et al., 1990. Esto significa que es necesaria una cantidad considerable de cemento (arcilla y materia orgánica) para unir la enorme superficie del esqueleto. Como la mayoría de las series pampeanas poseen

18

1;

i

Esto significa que es necesaria una cantidad considerable de cemento (arcilla y materia orgánica) para unir la enorme superficie del esqueleto. Como la mayoria de las series pampeanas poseen poca cantidad de arcilla, existe cierta porosidad en el interior de los pequeños agregados y que al contacto con el agua de lluvia explotan por la presión ejercida por el aire aprisionado.

En el Cuadro 2 se observa la porosidad interna de los agregados que conforman la estructura de estos suelos y que seria una de las causas de su baja estabilidad estructural frente a las influencias climáticas, tal como lo demuestra Pecorari (1988).

1,8

1,6

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1,2 I e E 1,0

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L. ~

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" ~ ¡ I -e- LIMO FINO VERSAILLES

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A 0,6 - LIMO FINO PERGAMINO e í o 0,4 4

[JJ ""*"" FITOLlTOS

0,2

o 1000

,-'lIt ~~

100 10 0,1 DIÁMETRO (¡lm)

Fuente: Pecorari et al. 1990

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0,01

FIGURA 14. Comparación de la porosidad lacunar de los tres esqueletos.

0,001

Si se compara por ejemplo, un suelo de Pergamino (Buenos Aires) con otro material de similar textura y contenido orgánico, en este caso un suelo de BoignevilIe (Francia), se observa que la porosidad textural expresada en índice de vacío varía de 0,44 a 0,41 para Boigneville y de 0,57 a 0,58 para Pergamino. Si bien la porosidad de la fracción arcilla es muy similar en los dos casos, la diferencia radica en la fracción correspondiente a la porosidad lacunar que pasa de 0,33 a 0,30 en el suelo francés, a 0,43 y 0,44 en Pergamino (pecorari et al. 1990).

Manifiestan estos autores que si se procede a evaluar la porosidad textural de muestras artificiales (20% de illita + 80% de tres esqueletos: limo fino de Pergamino, limo fino de Versailles -Francia­y fitolitos pampeanos), ésta varia entre 0,102, 0,122 Y 0,114 para la porosidad de la arcilla y de 0,703, 0395 y 0,592 para la porosidad lacunar de la mezclas fitolitos, Versailles y Pergamino.

Para aclarar las diferencias de porosidad que se presentaron, fue necesario realizar análisis porosimétricos con mercurio a presión sobre cada uno de los tres esqueletos empleados en las

19

mezclas. En la Fig. 14 se puede observar el comportamiento diferente entre el limo fino de Versailles y los restantes, siendo los fitolitos las partículas que mayor porosidad poseen. La· entrada del mercurio se produce antes en los limos redondeados de Versailles que en los volúmenes porosos de menor diámetro de los otros dos esqueletos.

0,8

0,7 í N 0,6 D I e 0,5 E "",1""

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Fuente: Pecorari et al. 1990

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DIÁMETRO (~m)

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- Limo fino Versailles

+ Limo fino Pergamino

*" Fitolitos

0,01

FIGURA 15. Comparación del espacio lacunar de las tres muestras artificiales.

0,001

Pero cuando se procede a efectuar el mismo análisis sobre las mezclas artificiales (Fig. 15), se observa que el limo de Versailles posee valores inferiores respecto a los fitolitos, teniendo el limo fino de Pergamino un comportamiento intermedio. El diámetro de los poros de entrada del mercurio son en este caso mayores en los materiales pampeanos que en el francés. Con el fin de cotejar los análisis poro simétricos se procedió al estudio del comportamiento hídrico de las mismas muestras, observándose en la Fig. 16 que a tensiones menore.s a 3 bars, los valores concuerdan con los presentados anteriormente.

Para determinar la influencia de la variación de porosidad textural sobre el comportamiento de la estructura, se procedió a efectuar sobre dichas muestras un test de resistencia a la ruptura propuesto por Guérif(1988) que es comparable a un ensayo de estabilidad de agregados.

20 L

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r L

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1,0

n + Pergamino d 0,9 * Versailles i ----+.;, c 0,8 , D Fitolitos .. .. e .. .. ..

*---.... .. .. 0,7 d -------"*--e --0,6 ------a 9 0,5 u a

0,4 0,01 0,1 1 10 100

Potencial en bars Fuente: Pecorari et al. 1990

FIGURA 16. Capacidad de retención de agua de las muestras estudiadas.

Los datos del análisis de resistencia mecánica de los agregados artificiales de las diferentes mezclas (20% illita + 80% esqueletos) que se observan en el Cuadro 3, concuerdan con lo expresado por Guérif(1988), referente a la relación entre resistencia mecánica a la ruptura y la porosidad lacunar.

CUADRO 3. Resistencia mecánica a la ruptura de tres muestras artificiales.

Relación entre resistencia mecánica y porosidad textural

Mezclas 1}t 1} arco 1}lac. T (100 kPa)

Versailles 35,55 7,83 27,74 17,49 Pradera 42,07 6,54 35,53 15,15 Fitolitos 45,61 5,52 40,09 10,23

T = Resistencia mecánica en 100 kPa; 1} t = porosidad textural; 1} arco = porosidad de la fase arcillosa y 1}lac. = porosidad lacunar.

Fuente: Pecorari et al., 1990.

Estos valores no parecen estar ligados al efecto de la materia orgánica a ese nivel aunque es obvia la relación entre propiedad mecánica y volumen lacunar. La influencia de limos sobre porosidad lacunar resultante del ensamble con la arcilla se manifiesta en los estudios de poro simetría

Sería conveniente realizar estudios sobre la repartición de los fitolitos sobre el perfil del suelo y sobre la fracción arcillosa tipo illita, con el fin de comparar sus influencias respecto a las propiedades fisico-mecánicas bajo diferentes comportamientos hídricos.

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La materia orgánica

Para los suelos pampeanos la compactación es una de las causas más graves de degradación ya que está muy relacionada con la infiltración, la transferencia de gases y el crecimiento y desarrollo radical. En este tema se hará mención a la relación existente entre la materia orgánica y la compactación, efecto sumamente importante en los mecanismos de comportamiento estructural.

La compactación está relacionada con la textura y la humedad, así como el efecto de la materia orgánica es considerable, transformándose en un elemento a contar en el manejo de suelos.

La fracción orgánica humificada (COV) que está en contacto con la fracción mineral, produce un efecto amortiguador que reduce la densidad aparente máxima. Este efecto es importante en el manejo de los cultivos, tal como se pudo apreciar en las cartografias de los perfiles culturales.

Relaciones entre materia orgánica y densidad máxima Proctor.

1 7f = 0,0389 COT + 0,617 r = 0,6551:1: m

1 P. = 0,0022 Ar + 0,0356 COT + 0,577 m

1 - = 0,0013 Lf + 0,0356 COT + 0,590 Pm

~ = 0,004 Ar + 0,0025 Le + 0,077 COV + 0,61 m

Ar= arcma%

Le = limo rmo %

COT = carbono orgánico total % COV = carbono orgánico hmnificado %

Pm = densidad aparente máxima Proctor

Fuente: Pecorari et al., 1988

Constantes hídricas.

r = 0,761**

r = 0,801:1:

r = 0,84*1:

Existe una relación estrecha entre la textura y las constantes hídricas que son muy importantes en el funcionamiento de la estructura del suelo como por ejemplo, las tensiones internas.

Las tensiones internas que sufre la estructura (Fig. 2) son consecuencias de su estado hídrico y de su textura. Si se correlacionan estas variables, se observa una relación directa entre los minerales finos, la materia orgánica y las constantes hídricas (Cuadro 4).

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Es conveniente efectuar un análisis de tensión-humedad de cada muestra estudiada con el fin de compararlas con materiales de diferentes características y estados diferenciales de compactación.

CUADRO 4. Relaciones entre textura y constantes hídricas.

Relaciones entre arcilla (A), limo fino (Lt), m.o.(materia orgánica) y las constantes hídricas CC (capacidad de campo), CR (capacidad de retención) y PMP (punto de marchitez permanente) en % en pes9.

Constante Horizontes superficiales Horizontes profundos (Ap a DI inclusive) (B2t a C)

CC 15,285 + 0,147 A + 0,173 Lf + 10,92 + 0,26 (A + Lt) 0,834 m.o.

r=0,61** r = 0,85**

CR 6,85 + 0,36 (A + Lt) 4,36 + 0,43 (A + Lt)

r = 0,85** r = 0,93**

PMP 5,89 + 0,341 A + 0,036 Lf + 0,235 4,04 + 0,252 A + 0,206 Lf m.o.

r = 0,62** r = 0,74**

El propósito de este trabajo es el de tratar de explicar y comprender el funcionamiento fisico de los suelos, desde una óptica particular y enfocada sobre los parámetros que gobiernan las propiedades de transferencias. Una aplicación simple podría ser su incorporación a los diagnósticos de fertilidad de algunas regiones pampeanas.

Las principales propiedades fisicas y mecánicas del suelo son consecuencia de su estado estructural, si se la logra medir convenientemente, se puede diagnosticar y pronosticar su evolución que finalmente será una de las variables más importante del rendimiento.

La metodología apropiada indica comenzar con una descripción in situ a través del método del perfil cultural (capas u horizontes afectados por las labores culturales), acompañando con un muestreo dirigido con el fin de evaluar el sistema de porosidad de diferentes agrupaciones estructurales. Son los métodos o herramientas más adecuadas que se deben implementar. El perfil cultural localiza, cuantifica y evalúa las causas del origen dentro de un sistema heterogéneo.

La evaluación del sistema de porosidad marca los límites de una tendencia hacia una degradación límite y se transforma en una herramienta sumamente importante para numerosos temas de investigación. Por otro lado, es la única forma de comparar diversas situaciones de suelos diferenciados por sus texturas y por su constitución mineral. De acuerdo a las características particulares del esqueleto de los suelos pampeanos, se recomienda expresar la porosidad en índice de vacío. Se completa todo este diagnóstico con un muestreo del estado hídrico del suelo.

Se recomienda dedicar espacio y tiempo a los temas orgánico y biológico del suelo con el fin de completar el comportamiento del sistema.

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