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MANUAL DE PRÁCTICAS DE EDAFOLOGÍA Primera versión digital Enero, 2022 “Este documento ha sido elaborado con fines académicos y se prohíbe su comercialización parcial o total.” Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Lima-Perú PRESENTACIÓN El Manual de Prácticas de Edafología primera versión digital 2022 es una versión revisada de los Manuales de Prácticas de Edafología elaborados con fines académicos por el destacado staff de Docentes del Departamento Académico de Suelos de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional Agraria La Molina. El manual se fundamenta en el Manual de Prácticas de Edafología elaborado por: - Ing. Rubén Bazán Tapia - Ing. José Estrada Ancajima - Ing. Carmen Felipe-Morales Basurto - Ing. Hugo Villachica León y en sus ediciones ampliadas que se publicaron a. en el año 1986 por: - Ing. Juan Guerrero Barrantes - Ing. Carlos Caballero Solís - Ing. Daniel Calagua Cheves - Ing. Federico Ramírez Domínguez - b. en el año 2000 por: - Ing. Rubén Bazán Tapia - Ing. Sady García Bendezú - Ing. Julio Nazario Ríos - Biol. Consuelo Romero León - Ing. Manuel Valencia Ramos En esta oportunidad, los profesores encargados de la revisión virtual 2022 fueron: - Mg. Sc. Ruby Vega Ravello - Mg. Sc. Pedro Gutiérrez Vilchez - Mg. Sc. Carlos Mestanza Novoa - Ing. Sara Malpica Ninahuanca - Ing. Fernando Chung Montoya ÍNDICE Pag. ● CAPÍTULO 1: Factores de Formación de Suelos: Material Parental 1 ● CAPÍTULO 2: La Fisiografía en el Estudio de Suelos 4 ● CAPÍTULO 3: Muestreo del Suelo en el Campo 9 ● CAPÍTULO 4: Textura del Suelo 14 ● CAPÍTULO 5: Densidad Aparente y Densidad Real del Suelo 21 ● CAPÍTULO 6: El Agua del Suelo 29 ● CAPÍTULO 7: Capacidad de Intercambio Catiónico 36 ● CAPÍTULO 8: pH del Suelo 44 ● CAPÍTULO 9: Salinidad del Suelo 49 ● CAPÍTULO 10: La Materia Orgánica del Suelo 54 ● CAPÍTULO 11: El Perfil del Suelo: 62 Delimitación y Evaluación de Horizontes en el Campo Estudio de Monolitos ● CAPÍTULO 12: Interpretación de Análisis de Suelos 70 1 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CAPÍTULO 1 Factores de Formación de Suelos: Material Parental INTRODUCCIÓN El material parental es extensamente reconocido como un importante factor de formación de suelos junto con el clima, la biota, el relieve y el tiempo (Wilson, 2019). Se define como material mineral u orgánico no consolidado y químicamente meteorizado a partir del cual se desarrolla el solum del suelo (Olson, 2005). En base a la composición mineralógica del material parental y a su grado de evolución, se puede categorizar su influencia y atribuir características en el suelo formado. LOGRO Al finalizar la práctica, los alumnos estarán en condiciones de reconocer las características del material madre y su composición mineralógica; así como su influencia en las propiedades del suelo como producto de su evolución. EL MATERIAL PARENTAL COMO FACTOR DE FORMACIÓN La evolución del suelo, su meteorización, está en función al grado de intensidad de los factores de formación. Cuadro 1. Descripción de los materiales parentales del suelo. Roca Madre Material Parental Suelo Ígneas Sedimentarias Metamórficas Residuales Jóvenes Maduros Evolucionados Transportados Aluvial (agua) Glaciar Eólico Coluvial Orgánico Fluvioglaciar Coluvio-Aluvial Soil Science Division Staff (2017) señala que el material parental es importante para identificar la composición del suelo, la textura y otros atributos como la mineralogía, la estratigrafía y el grado de clasificación y redondeo de partículas. Los minerales son cualquier solido inorgánico natural que posea una estructura interna ordenada y una composición química definida, mientras que las rocas son cualquier masa sólida de materia mineral, o parecida a mineral, que se presenta de forma natural como parte de nuestro planeta (Tarbuck y Lutgens, 2005). Las rocas en base a su origen se dividen en ígneas, sedimentarias y metamórficas. Las rocas sedimentarias se forman a partir de los productos de la meteorización de otras rocas, los sedimentos son transportados por un agente y sufren un proceso de diagénesis, cambios físicos, químicos y biológicos (Tarbuck y Lutgens, 2005). Las rocas metamórficas pasan por un proceso llamado metamorfismo donde los principales agentes son la temperatura, presión, fluidos infiltrados y deformación (Winter, 2021). Las rocas ígneas son las primeras en formarse en la corteza terrestre por enfriamiento, cristalización y solidificación del magma plutónico o lava volcánica (Haldar, 2020). Las rocas ígneas pueden clasificarse en base al tamaño de sus granos, el color o la mineralogía (Gill, 2021), la figura 1 resume la clasificación de las rocas en base a los parámetros mencionados. 2 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Figura 1. Clasificación de los minerales y rocas ígneos (Adaptado de Gill, 2021). MATERIALES ▪ Rocas Ígneas ▪ Rocas Sedimentarias ▪ Rocas Metamórficas PROCEDIMIENTO Diferentes tipos de rocas serán diferenciados e identificados, detallando las características físicas más resaltantes de las muestras proporcionadas. Los materiales madre transportados (aluvial, coluvial, eólico, etc.) y su importancia en las propiedades del suelo, serán discutidos. CUESTIONARIO 1. Elabore un mapa conceptual en el que se relacione los tipos de material madre con los diversos suelos formados. 2. Elabore un cuadro que contenga los materiales madre que predominan en los suelos de dos departamentos de la costa, dos de la sierra y dos de la selva, indicando los minerales que contienen y los elementos que puede aportar producto de su evolución. 3. Mencione algunas características que permitan diferenciar a los materiales madre aluviales de los coluviales. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Gill, R. (2021). Classification of Igneous Rocks. In Encyclopedia of Geology (pp. 16–32). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.12516-3 Haldar, S. K. (2020). Igneous rocks. In Introduction to Mineralogy and Petrology (pp. 159–186). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820585-3.00005-3 Olson, K. R. (2005). Factors of soil formation: Parent Material. En Encyclopedia of Soils in the Environment (pp. 532–535). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B0-12-348530-4/00005-9 Soil Survey Division Staff. (2017). Landscapes, Geomorphology, and Site Description. En C. Ditzler, K. Cheffe, & H. Monger (Eds.), Soil survey manual: handbook 18. Government Printing Office. Tarbuck, E., & Lutgens, F. (2005). Ciencias de la Tierra: una introducción a la geología física (8th ed.). Pearson. Wilson, M. J. (2019). The importance of parent material in soil classification: A review in a historical context. CATENA, 182, 104131. https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104131 Winter, J. D. (2021). Metamorphism, Metamorphic Rocks and Classification of Metamorphic Rocks. In Encyclopedia of Geology (pp. 345–353). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.12542-4 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.12516-3 https://doi.org/10.1016/B0-12-348530-4/00005-9 https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104131 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.12542-4 3 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Reporte de Práctica Factores de Formación de Suelos: Material Madre Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica TIPO DE ROCA LUGAR DE FORMACIÓN COLOR DEMINERALES REACCIÓN MINERALES QUE CONTIENE ELEMENTOS QUE PREDOMINAN NOMBRE 4 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CAPÍTULO 2 La Fisiografía en el Estudio de Suelos INTRODUCCIÓN La fisiografía es el estudio de las formas de la tierra, conocidas como paisajes. Villota (1997) explica que el análisis de fisiografía consiste en un método moderno para interpretar imágenes de la superficie de la tierra que se basa en la relación paisaje-suelo. Peña (1997) resalta cuatro aspectos a considerar: morfometría, morfografía, morfogénesis y morfocronología. El paisaje es una amplia porción de terreno caracterizada por su expresión fisiográfica, corresponde a una repetición de tipos de relieve similares o a una asociación de tipos de relieve disímiles (Zinck et al., 2016). LOGRO Al finalizar la práctica, los alumnos comprenderán los conceptos de paisaje y su relación con los suelos. CATEGORIZACION JERARQUICA EN LA FISIOGRAFIA Las unidades fisiográficas se dividen en cuatro niveles descritos a continuación y se detallan en el cuadro 1. Gran Paisaje: Determinado por el relieve de la corteza terrestre. Paisaje: Caracterizado por la litología y origen del relieve. Sub Paisaje: Divisiones originadas por procesos erosionales o deposicionales. Elemento del Paisaje: Subdivisiones establecidas de acuerdo a criterios útiles para el estudio de suelos. Algunos de los criterios más utilizados en este aspecto son: la pendiente, el drenaje, la disección, la inundabilidad, etc. MATERIALES ▪ Leyenda Fisiográfica ▪ Diapositivas ▪ Proyector de Diapositivas 5 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Cuadro 1. Leyenda fisiográfica. Paisaje Sub paisaje Elemento del paisaje Símbolo Gran Paisaje LLANURA Llanura fluvial Playón o banco de arena PLf Islas Is Complejos de orillares Or Llanura aluvial Terraza baja Inundable No inundable Tb1 Tb2 Terraza media Plana Ondulada Disectada Tmp Tmo Tmd Terraza alta Plana Ondulada Disectada Tap Tao Tad Valles estrechos Ve Llanura aluvial Lla Llanura Marina Playa PLm Terraza alta marina “tablazo” TaM Llanura Lacustre Llanura lacustre LlL Superficie lacustre SL Llanura Coluvial Cono de derrubio Cdr Talud de derrubio Tdr Llanura Coluvio - Aluvial Abanico de explayamiento Aex Cono de deyección Cdy Piedemonte PM Llanura Eólica Campos de duna Cdn Loess Los Llanura Estructural Cuesta Cut Terraza estructural Te Mesa estructural Me Meseta estructural Mse 6 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Llanura estructural Lle Valle erosional Vaer Gran Paisaje COLINOSO Colina Denudacional Colina baja Ligeramente disectada Moderadamente disectada Fuertemente disectada Cb1 Cb2 Db3 Colina alta Ca Lomada Lom Colina estructural Colina baja Ligeramente disectada Moderadamente disectada Fuertemente disectada Cb1 Cb2 Cb3 Valle intercolinoso Vai Gran Paisaje MONTAÑOSO Montaña de material Sedimentario Cima CiS Ladera Pendiente 15 - 25% Pendiente 25 - 50% Pendiente 50 - 75% Pendiente > 75% LS1 LS2 LS3 LS4 Montaña de Material Volcánico Cima CiV Ladera Pendiente 15 - 25% Pendiente 25 - 50% Pendiente 50 - 75% Pendiente > 75% LV1 LV2 LV3 LV4 Montaña de material Metamórfico Cima CiM Ladera Pendiente 15 - 25% Pendiente 25 - 50% Pendiente 50 - 75% Pendiente > 75% LM1 LM2 LM3 LM4 Montaña Glaciar Depósitos Glaciares “Morrenas” Pendiente 8 - 15% Pendiente 15 - 25% Pendiente 25 - 50% Mo1 Mo2 Mo3 Superficie Fluvio Glaciar Pendiente 0 - 4% Pendiente 4 - 15% Sfg1 Sfg2 7 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Cima CiG Ladera Pendiente 15 - 25% Pendiente 25 - 50% Pendiente 50 - 75% Pendiente > 75% LG1 LG2 LG3 LG4 Valle Glaciado Vag Montaña Kárstica Ladera Pendiente 15 - 25% Pendiente 25 - 50% Pendiente 50 - 75% Pendiente > 75% LK1 LK2 LK3 LK4 Sumideros “dolinas” Do Valle estrecho Vaes Fuente: Adaptado de ONERN (1962-1992); Strabler y Strabler (1994); Villota (2005). PROCEDIMIENTO El desarrollo de la práctica se realizará mediante la proyección de diapositivas de los principales paisajes de las tres regiones naturales del país. Durante la exposición se relacionarán cada paisaje con el tipo de suelo presente y las posibles características o propiedades que presentan. CUESTIONARIO 1. Elabore un mapa conceptual en el que se relacione a los agentes modeladores, los factores de formación y la diversidad de sub paisajes con el predominante material madre que lo compone 2. Elija dos zonas de la costa, dos zonas de la sierra y dos zonas de la selva (fotos, gráficos, etc.). En cada una de ellas identifique y explique las Unidades Fisiográficas observadas; así como, a los agentes modeladores y los factores de formación que más inciden en su evolución. 3. Identifique y explique las Unidades Fisiográficas que observa en la UNALM; así como, a los Agentes Modeladores y los Factores de Formación que más inciden en su evolución. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Oficina Nacional de Evaluación de Recursos Naturales - ONERN. (1962-1992). Informes sobre estudios de suelo. Peña Monné, JL. (1997). Cartografía geomorfológica básica y aplicada. Logroño, España. 243 p. Strabler, A. N. y Strabler, A. H. (1994). Geografía Física. Omega. Villota, H. (1992). Una nueva aproximación a la clasificación fisiográfica del terreno. Ciencia y Actividad Física, 15(1): 83-117. Villota, H. (2005). Geomorfología aplicada a levantamientos edafológicos y zonificación física de tierras. Instituto Geografico Agustin Codazzi. Zinck, J., Metternicht, G., Bocco Verdinelli, G., y Del Valle, H. (2016). Geopedology: an integration of geomorphology and pedology for soil and landscape studies. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-19159-1 https://doi.org/10.1007/978-3-319-19159-1 8 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Reporte de Práctica La Fisiografía en el Estudio de Suelos Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica REGIÓN UNIDAD FISIOGRÁFICA AGENTE MODELADOR DE MAYOR INCIDENCIA FACTOR DE FORMACIÓN DE MAYOR INCIDENCIA COSTA SIERRA SELVA 9 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CAPÍTULO 3 Muestreo del Suelo en el Campo INTRODUCCIÓN El suelo es un ente heterogéneo, por lo que se necesita delimitar unidades homogéneas para establecer sus características. El muestreo es una actividad que permite obtener una muestra representativa (imagen, reflejo) del área a muestrear que considera la variabilidad del terreno, el manejo y la elaboración de la muestra y la toma de fracciones para su evaluación analítica. El muestreo de suelo es la fase preliminar en todo proceso de análisis de suelo. Este último dependerá de la toma de la muestra y del conocimiento que se tenga sobre los cultivos a implantar y sobre los factores que directa o indirectamente intervienen en el normal crecimiento de las plantas. Es una práctica delicada y crítica que implica ciertametodología. Por más simple que parezca la importancia que encierra es enorme; ya que, los resultados obtenidos serán el reflejo de lo que ocurre en el suelo y ello estará en función de cómo fue tomada la muestra. Por ello, el resultado de un análisis, por más cuidado que se tenga en su realización, no tendrá ningún valor si es que ha sido realizado sobre una muestra que no es representativa del área en estudio (Petersen y Calvin 2018). LOGRO Al finalizar la práctica, los alumnos estarán capacitados para realizar un adecuado muestreo del suelo en campo, tanto de muestras superficiales como del perfil del suelo, y realizar una adecuada preparación de las muestras de suelo obtenidas hasta su envío al laboratorio. Los casos más comunes de muestreo que se presentan en la práctica son: muestreo del perfil del suelo y muestreo superficial del suelo. CRITERIOS BÁSICOS PARA EL MUESTREO DEL SUELO 1. Reducir la variabilidad a. Horizontal: zonificando para delimitar áreas semejantes, a través de o Unidades fisiográficas o paisajes: valle, ladera, cima, pie de montaña, colina baja, etc. o Unidades prácticas: tipo de riego, especie, edad del cultivo, manejo, uso de la tierra, color del suelo, textura del suelo, etc. b. Vertical: tomando las muestras a la misma profundidad en función al objetivo. si es un muestreo superficial, el objetivo es la fertilidad del suelo, por lo que la profundidad se establece en base a la profundidad de exploración de las raíces. Una hortaliza necesita menor profundidad (20, 30 ó 40 cm), un frutal o un árbol forestal necesita mayor profundidad o muestras a diferentes profundidades (0-30, 30-60 y 30-90 cm). También considerar que la expresión aérea de las plantas es la misma que la expresión radicular, por lo que hay que considerar abrir la calicata en puntos a proyección de la copa. 2. Establecer el número de calicatas: debe ser múltiplo de 10, mínimo 20 muestras por unidad de muestreo. 3. Establecer la ubicación de calicatas por los métodos: a. Transecto b. Travesía c. Red rígida d. Red flexible e. Libre (azar, zig-zag, cruz, X) El muestreador decide el método en base a sus condiciones, debe buscar adaptar los métodos a su realidad, asegurándose siempre de cubrir todo el largo y ancho del área de muestreo, y de hacer los hoyos a la misma profundidad para reducir la variabilidad horizontal y vertical. 4. Establecer la cantidad de muestra por calicata: 100 a 200 g. 5. Evitar la contaminación e interacciones, no tomar muestras de áreas no representativas o no comunes (no canales, no áreas fertilizadas, no áreas estercoladas, no bordes, no zonas de malezas, etc.) 10 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología A. MUESTREO SUPERFICIAL DEL SUELO Se realiza con diversos fines, para diagnosticar la fertilidad actual, conocer la biología del suelo, evaluar contaminantes, etc. Consiste en la toma de muestras de la capa arable, 20-30 cm a partir de la superficie del suelo. MATERIALES ▪ Pala ▪ Barreno o tornillo de muestreo ▪ Bolsas plásticas ▪ Balde u otro recipiente para el mezclado y homogeneización de la muestra PROCEDIMIENTO 1. Realizar un reconocimiento del terreno con el objeto de dividirlo en áreas homogéneas, de tal manera que se delimite áreas lo más uniformes posible, debiendo muestrearse por separado. 2. La época adecuada para la toma de muestra está en función del objetivo de muestreo. Por ejemplo, si se desea diagnosticar la fertilidad de un campo para la siembra de un cultivo, el muestreo se puede realizar uno ó dos meses antes de la siembra o trasplante, o después del corte en el caso de pastos establecidos. 3. Los suelos varían tanto horizontalmente como verticalmente, por tanto al hacer el muestreo es necesario que se incluya todo el rango de variabilidad, de tal manera que la heterogeneidad del suelo sea reducida al máximo y obtener al final un resultado promedio de los análisis. Para ello la muestra debe ser una MUESTRA COMPUESTA, la cual se encuentra formada por 20 a 30 sub-muestras o muestras individuales; tomadas de diferentes puntos de cada área delimitada al hacer el reconocimiento del terreno. Al momento de iniciar el muestreo, debe limpiarse la superficie del terreno para evitar posibles contaminaciones. Las muestras individuales deben cumplir los siguientes requisitos: a) Cada muestra individual debe ser el mismo volumen que las demás y representar la misma sección transversal del volumen de que se toma la muestra. ● Si se utiliza una pala, es necesario primero hacer un hoyo en forma de “V” o rectangular. ● Luego se remueve de un lado una capa de suelo de 3 cm de grosor. Después se elimina la tierra de ambos lados del hoyo. Con la pala se toma una muestra del suelo en el centro del hoyo. b) Las muestras deben ser tomadas al azar con respecto al volumen de muestra del cual las toman, reduciéndose en general al cruzar transversalmente las direcciones de las operaciones del cultivo y los accidentes naturales tales como la pendiente. c) Hay que tomar un número suficiente de muestras individuales para que represente adecuadamente al volumen total del que se toma la muestra. d) El área de terreno escogida para el muestreo debe ser homogénea para el objetivo del análisis. Luego de haber tomado las respectivas muestras individuales de cada área o lote uniforme, se procederá a formar la muestra compuesta, correspondiente a cada una de ellas. Para ello, se mezclan adecuadamente las muestras en un cubo limpio para obtener una cantidad representativa, que puede ser de 1 kg. Esta cantidad se recoge en una bolsa limpia, a la cual se le coloca su respectiva tarjeta de identificación, enviándole de esta manera la muestra identificada al laboratorio para su análisis respectivo. Además de las indicaciones anotadas en la tarjeta, la muestra de suelo debe acompañarse de una hoja informativa con detalles tales como la profundidad de muestreo, ubicación del predio, lote, la rotación de cultivos, preparación del suelo, fertilización, cultivo y producción. Esta información es tan importante como la misma muestra para el análisis del suelo y la interpretación del mismo. Precauciones al tomar la muestra individual ▪ No debe mezclarse muestras de diferentes lotes ▪ No se deben tomar muestras de los siguientes lugares: 11 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología ● Al pie de las cercas o zanjas ● Lugares de acumulación de materiales vegetales o estiércol ● Lugares donde haya habido quemas recientes ● Zonas muy pantanosas o de acumulación de sales ▪ Al tomar muestras de un campo que ha sido recientemente fertilizado, tenga cuidado de no tomar muestras en donde los fertilizantes hayan sido colocados. B. MUESTREO DEL PERFIL DEL SUELO Utilizado para conocer los tipos de suelo de grandes áreas, su expresión está dada en el examen, delimitación y toma de muestras de los horizontes del perfil de suelo. Este perfil es observado de una excavación “calicata” realizada en el terreno con las siguientes dimensiones, 2 m. de largo, 1 m. de ancho y 2 m. de profundidad. Esta última puede reducirse por la presencia de agua, capas cementadas o alta proporción de grava. MATERIALES ▪ Mapa con ubicación y extensión del área ▪ Lampas ▪ Picos ▪ Wincha metálica ▪ Barreno o tornillo de muestreo ▪ Brújula ▪ Eclímetro ▪ Tabla de colores de Munsell ▪ Bolsas plásticas ▪ Tarjetas de descripción de perfiles PROCEDIMIENTO 1. La base de este tipo de muestreo consiste en la correcta ubicación de las calicatas. El perfil de suelo resultante, debe ser representativo del área que se está evaluando. 2. Existen diversos métodos para ubicar las calicatas; la elección de uno u otro depende del grado de detalle del estudio de suelos a realizar. a. Transecto, las calicatas se ubicansiguiendo una línea recta que cruza el mayor número de paisajes. b. Travesía, similar al transecto pero no se sigue una orientación rígida en la ubicación de las calicatas. c. Red rígida, las calicatas se ubican siguiendo un distanciamiento rígido. Se emplea en estudios muy detallados, su desventaja es que pueden realizarse observaciones en áreas no representativas. d. Red flexible, similar al anterior pero las calicatas no tienen un distanciamiento rígido, sino que este es ajustable de acuerdo al criterio del responsable del muestreo. e. Rastreo de límites, método que consiste en el seguimiento de los límites tentativos de suelo para su definición. f. Muestreo libre, las calicatas se ubican de acuerdo a la experiencia del evaluador y a la ocurrencia de suelos en los diferentes paisajes. 3. Realizada la ubicación de las calicatas, se deberá delimitar los horizontes del perfil del suelo. 4. El muestreo se realiza horizonte por horizonte empezando del horizonte inferior hacia el superior; esto evitará la contaminación de la muestra. La cantidad de muestra de suelo a extraer es de aproximadamente 1 kg. MANEJO DE LAS MUESTRAS DE SUELO EN EL LABORATORIO El manejo de las muestras de suelo en el laboratorio implica aplicar procedimientos para su desecación, molienda, tamizado, mezcla, partición, pesado y conservación. Desecación: Las muestras de suelo se suelen secar parcialmente al aire por 48 horas. El secado debe ser preferentemente realizado bajo sombra, en un ambiente adecuadamente ventilado. Al cabo de este tiempo el suelo constituye lo que se denomina suelo seco al aire. Molienda: Los agregados del suelo se someten a fractura moliendo ligeramente con un rodillo o una mano de mortero de caucho. 12 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Tamizado: Se pasa la muestra de suelo seco al aire a través de un tamiz de abertura de malla de 2 mm y se recoge lo que pasa por ella obteniéndose de esta manera lo que se denomina tierra fina seca al aire (TFSA). Al tomar las muestras en el campo se eliminan las piedras, la grava y otros fragmentos gruesos. Los tamices más utilizados son los de bronce y de acero inoxidable. En los trabajos de investigación, la aparición de cantidades significativas de grava sobre el tamiz de 2 mm. (> a 2%) es una indicación de que la base tomada sobre “tierra fina” debe corregirse para los suelos destinados a usos agrícolas, refiriendo los análisis al volumen de la capa arable. El porcentaje de fragmentos gruesos debe ser estimado o determinado en campo al momento de muestreo. Mezcla: La muestra obtenida luego del tamizado se procede a mezclarla uniformemente en una bandeja plástica o en una superficie limpia, repitiendo el proceso hasta lograr la mayor uniformidad posible. La TFSA obtenida será empleada posteriormente para la determinación de las propiedades físicas y químicas del suelo en estudio. CUESTIONARIO 1. ¿Qué significa la expresión: "El análisis no puede ser mejor que la muestra"? 2. ¿Qué criterios establecería para reducir la variabilidad horizontal y delimitar las unidades de muestreo en: ● Una zona virgen ● UNALM ● Un campo de frutales ● Una zona urbana ● La selva ● Un campo de lechugas 3. ¿Todos los instrumentos y equipos de muestreo se pueden utilizar en las diversas texturas de suelo? 4. Mencione las limitaciones del uso del tornillo o barreno y del tubo de muestreo. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cline, M. G. (1944). Principles of soil sampling. Soil Science, 58(4), 275–288. https://doi.org/10.1097/00010694-194410000-00003 Jackson, M. (1976). Análisis químico de suelos (2nd ed.). Omega. Petersen, R. G. y Calvin, L. D. (2018). Sampling. En A. Klute (Ed.), Methods of soil analysis: part 1 physical and mineralogical methods (2nd ed., pp. 33–51). Soil Science Society of America. https://doi.org/10.2136/sssabookser5.1.2ed.c2 Tan, K. (2008). Soil sampling, preparation, and analysis (2nd ed.). CRC Press. https://doi.org/10.2136/sssabookser5.1.2ed.c2 13 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Reporte de Práctica Muestreo del Suelo en el Campo Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica NOMBRE DE LA UNIDAD DE MUESTREO (lugar de muestreo) CARACTERISTICAS DE LA UNIDAD FISIOGRÁFICAS Y/O PRÁCTICA CROQUIS DEL TIPO DE MUESTREO REALIZADO 14 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CAPÍTULO 4 Textura del Suelo INTRODUCCIÓN Desde un aspecto físico, el suelo es una mezcla de materiales sólidos (minerales y orgánicos), agua y aire. El material mineral está compuesto de partículas cuyo tamaño varía desde gravas hasta arcillas. Estas partículas minerales son llamadas “fracciones” o “separatas” del suelo. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) reconoce tres grupos de separatas del suelo: arena, limo y arcilla. Las proporciones relativas de las separatas del suelo, determinan la CLASE TEXTURAL del suelo (Tan, 1996). Asimismo, las partículas de arena, limo y arcilla pueden ser subdivididas en fracciones de tamaño más fino. El USDA, considera lo siguiente: Fracción Diámetro Arena muy gruesa 1.00 - 2.00 mm Arena gruesa 0.50 - 1.00 mm Arena media 0.25 - 0.50 mm Arena fina 0.10 - 0.25 mm Arena muy fina 0.05 - 0.1 mm Limo grueso 0.02 - 0.05 mm Limo fino 0.002 - 0.02 mm Arcilla gruesa 0.0002 - 0.002 mm Arcilla fina < 0.0002 mm Determinar y conocer la textura de un suelo es muy importante, puesto que es la propiedad física fundamental del suelo. Esta propiedad suele ser constante en el suelo y no puede ser modificada en el corto plazo. La textura influye en muchas propiedades, como la densidad aparente, la porosidad, la aireación, etc. De acuerdo a las diferentes proporciones de fracciones de partículas en el suelo, estas pueden afectar las condiciones de drenaje, la capacidad de almacenamiento de agua, y la cantidad, distribución y tamaño de los poros. LOGRO Al finalizar la práctica, los alumnos estarán capacitados para determinar la clase textural de una muestra de suelo en el laboratorio mediante el método del hidrómetro y el método del tacto. DETERMINACIÓN DE LA TEXTURA DE UN SUELO Existen diferentes métodos para determinar la textura de los suelos. Los más comunes en el laboratorio son el método de la pipeta o de Robinson y el del hidrómetro de Bouyoucos. Ambos están basados en el principio de la velocidad de caída de los cuerpos en un medio líquido, característica dependiente del tamaño de partícula y que se puede calcular mediante la fórmula de Stokes: 22 9 p lgr V Donde: V = Velocidad de caída de la partícula en cm seg-1. g = Aceleración de la gravedad en cm seg-2; para La Molina = 970 cm seg-2 r = Radio de la partícula en cm. h = Viscosidad del líquido en poises (g/(cm.s)) = 0.01005 a 20 ºC. dp = Densidad de partícula, en promedio = 2.65 g cm-3 dl = Densidad del líquido (agua) = 1.0 g cm-3 Otro método de separación de partículas de suelo es el tamizado, que consiste en pasar porciones de suelo a través de tamices de cobre de mallas de diferentes diámetros. Este método sin embargo solo permite separar aquellos fragmentos con un diámetro superior a 0.05 mm (50 mm), es decir arenas. Los fragmentos más finos (limo y arcilla), por su diámetro, deben ser separados en suspensión acuosa por sedimentación, medio en el cual su caída se rige por la ley de Stokes. En la práctica solo se realizará el método del hidrómetro. 15 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual deprácticas de Edafología MÉTODO DEL HIDRÓMETRO FUNDAMENTO Consiste en la medida de la densidad de la suspensión, la cual es función de la concentración y del tamaño de partículas presentes después de un tiempo de sedimentación. MATERIALES ▪ Muestra de suelo pasado por tamiz de 2 mm (TFSA) ▪ Probeta de sedimentación ▪ Hidrómetro ASTM-152 H. 0 - 60 g L-1 ▪ Termómetro (°C) ▪ Agitador eléctrico con vaso de dispersión. ▪ Agua destilada ▪ Solución de calgón (hexametafosfato de sodio al 10 %) ▪ Agitador de madera ▪ Alcohol isoamílico PROCEDIMIENTO 1. Pesar 50 g de una muestra de suelo y transferirlo al vaso de dispersión. 2. Adicionar agua destilada hasta los 2/3 del volumen total, y luego añadir 10 ml de solución de hexametafosfato de sodio. 3. Dispersar durante 15 minutos. 4. Transferir la suspensión de suelo a la probeta, lavando el suelo remanente que queda dentro del vaso de dispersión con ayuda de una pizeta con agua destilada. 5. Enrasar con el hidrómetro dentro de la probeta hasta la marca de 1130 cm3. Si la mezcla genera mucha espuma, aplicar dos o tres gotas de alcohol isoamílico. 6. Retirar el hidrómetro. Mezclar la suspensión utilizando un agitador de madera, de tal modo que todo el sedimento desaparezca de la base de la probeta. Anotar la hora exacta cuando la agitación sea terminada. 7. Introducir inmediata y cuidadosamente el hidrómetro dentro de la suspensión, y leer exactamente a los 40 segundos después de detenida la agitación a la altura del menisco en la varilla del hidrómetro. Esta será la primera lectura realizada, la que determina la cantidad de arcilla más limo. 8. Medir la temperatura de la suspensión y anotarla. Se recomienda repetir el paso anterior hasta estar seguro de la lectura a los 40 segundos. 9. Mantener en reposo la probeta. Realizar las mismas lecturas a los 2, 5, 15, 30, 60 y 120 minutos después de la primera lectura de la suspensión. Realizar paralelamente las mediciones de temperatura correspondientes. El hidrómetro ha sido graduado para indicar los gramos de sólido suspendidos por litro de suspensión, a una temperatura dada (67 ºF ó 68 ºF); suponiendo una densidad de partícula de 2.65 g cm-3, y que el medio de la suspensión sea agua pura. La temperatura de calibración del hidrómetro está registrada en la escala interior del hidrómetro. La lectura a los 40 segundos es una medida de la cantidad de limo más arcilla en suspensión. La lectura a las 2 horas se supone como una medida de la cantidad de arcilla. En los cálculos se debe corregir la lectura que registra el hidrómetro, por efecto de diferencia de temperatura de calibración del hidrómetro y de la suspensión. El factor de corrección encontrado es de 0.2 g L-1 por cada grado Farenheit de diferencia entre la temperatura de calibración del hidrómetro y el de la suspensión. Si la temperatura de la suspensión es mayor que la temperatura de calibración del hidrómetro, añadir el factor de corrección al valor registrado en las lecturas. Si la temperatura es menor que la temperatura de calibración del hidrómetro, restar el factor de corrección al valor registrado en las lecturas. 16 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Ejemplo de cálculo Datos: Peso de la muestra de suelo (TFSA) : 50 g. Temperatura de calibración del hidrómetro : 68 ºF Lectura del hidrómetro a los 40 segundos. : 25 g L-1 Temperatura de la suspensión a los 40 segundos : 25.5 ºC Lectura del hidrómetro a las 2 horas : 10 g L-1. Temperatura de la suspensión a las 2 horas : 17 ºC Cálculos: 25.5 ºC = 78.0 ºF 17 ºC = 62.6 ºF Diferencias de temperaturas : 78 ºF - 68 ºF = 10 ºF 68 ºF - 62.6 ºF = 5.4 ºF Corrección por efecto de temperaturas : (10 ºF) x (0.2 g L-1) = 2.0 g L-1 (añadir) (5.4 ºF) x (0.2 g L-1) = 1.08 g L-1 (restar) Lectura corregida a los 40 segundos : 25 g L-1 + 2.0 g L-1 = 27 g L-1 Lectura corregida a las 2 horas : 10 g L-1 - 1.08 g L-1 = 8.92 g L-1 % de limo + arcilla : 27 g L-1 x 100 g / 50 g = 54 % de arena : 100 - 54 = 46 % de arcilla : 8.92 g L-1 x 100 g / 50 g = 17.84 % de limo : 100 g - (46 g + 17.84 g) = 36.16 Clase textural : Franco 17 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología TRIÁNGULO TEXTURAL En el campo también se puede determinar la textura. MÉTODO DEL TACTO O DE CAMPO Para este método, la muestra de suelo es humedecida y luego frotada entre los dedos. La presencia de arcilla es caracterizada cuando el suelo se siente pegajoso y puede ser moldeada formando una especie de cinta. La arena se siente áspera y grumosa, mientras que la presencia de limo produce una sensación tersa y jabonosa. La precisión para este tipo de determinación depende de la destreza y experiencia. CUESTIONARIO 1. ¿Todas las clases texturales indican el mismo grado de desarrollo del suelo y potencial nutricional? 2. ¿Cuál es el objeto de usar los dispersantes? ¿Cómo actúan? ¿Qué otros dispersantes se usan? 3. ¿Qué consideraciones respecto a la muestra de suelo se debe tener en cuenta al determinar su textura? 4. Describa en qué consiste el Método del tamizado. ¿Cuáles son sus limitantes? ¿Qué tamaños de tamices se usan y en qué escalas los encontramos? 5. Ateniéndonos a la ley de Stokes ¿Cree usted que encontraría diferente textura en Puno y en La Molina? ¿Por qué?. 6. ¿Cuál será el tiempo requerido en horas, minutos y segundos para que una columna de suspensión de suelo esté libre de las siguientes partículas? Partícula Diámetro (mm) Profundidad (cm) Temperatura (ºC) Arcilla 0.0018 5 22 Limo 0.0100 20 18 Arena muy fina 0.0500 15 20 18 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología 7. ¿Cuál es la velocidad máxima (cm s-1) de caída en agua del limo definido por el sistema Atterberg? 8. Se tiene una probeta de 2.38 cm de radio, la cual contiene 500 ml de suspensión suelo-agua ¿En qué tiempo quedará libre esta suspensión de las partículas de limo (Sistema USDA)? Considere que el experimento fue realizado en La Molina a 25 ºC. 9. ¿Qué textura espera usted encontrar en? a) Un suelo de un valle aluvial de la Costa. b) Un suelo de la irrigación de Majes (Arequipa). c) Un suelo de un valle interandino (ejm: Mantaro, Urubamba). d) Un suelo desarrollado en la Selva (Ultisol). REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Narro, F. E. (1994). Física de Suelos con enfoque agrícola. Ed. Trillas. Tan, K. H. (1996). Determination of Soil Texture. In: Soil Sampling, preparation and Analysis. (pp. 73- 85). Marcel Dekker. INC. Zavaleta, A. (1992). Edafología. El suelo en relación con la producción. CONCYTEC. 19 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Reporte de Práctica Textura del Suelo Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica TIEMPO LECTURA DEL HIDRÓMETRO (g L-1) TEMPERATURA DE LA SUSPENSIÓN (ºC) LECTURA CORREGIDA (g L-1) ARENA (%) LIMO (%) ARCILLA (%) CLASE TEXTURAL 40 seg 2 min 5 min 15 min 30 min 60 min 120 min Graficar el diagrama de sedimentación de cada uno de los suelos evaluados (usar valores de lecturas corregidas de cada mesa) Complete el cuadro con los rangos porcentuales de las partículas que contiene cada una de las 12 clases texturales CLASE TEXTURAL ARENA (%) LIMO (%) ARCILLA (%) 20 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Arcilla Arcilla limosa Arcilla arenosa Franco arcilloso Franco arcillo arenoso Franco arcillo limoso FrancoLimo Franco limoso Franco arenoso Arena franca Arena Resolver el problema ¿Cuál es el diámetro de partícula que en 10 minutos ha descendido hasta una profundidad de 20 cm? El experimento se llevó a cabo en La Molina a una temperatura constante de 25 ºC. Expresar los resultados en mm, cm y m. 21 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CAPÍTULO 5 Densidad Aparente y Densidad Real del Suelo INTRODUCCIÓN Las propiedades físicas de los suelos son importantes para determinar el uso del suelo. El suelo es una mezcla de partículas minerales, material orgánico, aire y agua. Los dos primeros constituyen la parte sólida y los dos últimos se hallan en el espacio poroso. A diferencia de la textura y estructura que se refieren a la parte sólida, la densidad aparente y la real son propiedades físicas que se relacionan con otras propiedades físicas de los suelos tales como: la porosidad, compactación, aireación y distribución de los poros, etc. (Weil y Brady, 2017; Forsythe, 1985). LOGRO Al finalizar la práctica, el estudiante podrá determinar la densidad real y densidad aparente del suelo mediante procedimientos de laboratorio y también calcular el porcentaje de porosidad a partir de los datos de densidad aparente y real. LA DENSIDAD DEL SUELO El suelo está compuesto de tres fases: sólida, líquida y gaseosa; estas fases poseen componentes que interaccionan y generan la dinámica del suelo, como son los sólidos (minerales y materia orgánica), el agua y el aire. Estos componentes los podemos expresar en unidades de masa (peso) y volumen: Masa Masa de suelo = Masa de sólidos + Masa del agua + Masa del aire* *La masa del aire se considera despreciable para fines de cálculo Masa de suelo = Masa de sólidos + Masa de agua Volumen Volumen de suelo = Volumen de sólidos + Volumen de agua + Volumen de aire La relación entre los componentes permite establecer indicadores de su condición y comportamiento, como puede ser la densidad Densidad aparente (da). Se define como la relación que existe entre la masa (peso) de los sólidos y el volumen total del suelo. Este volumen total incluye la parte sólida y el espacio poroso. Esta densidad corresponde a la densidad de campo, y es afectada por la estructura del suelo, el contenido de materia orgánica, la labranza, etc. Densidad real o densidad de partícula (dp). Es otra característica del suelo que también relaciona la masa (peso) del sólido de un volumen de suelo, pero en este caso se refiere, sólo, al volumen de la parte sólida. Esta densidad se determina en laboratorio, y se relaciona con la mineralogía del suelo y la densidad de sus componentes. Por lo general es invariable en el suelo. Como es una relación de masa a volumen ambos tipos de densidades se expresan en: g cm-3, kg dm-3 o TM m-3. Según el Sistema Internacional (SI) la unidad de medida es Mg m-3. Con la densidad del suelo se puede determinar: ● Peso de capa arable (Pca) Es la masa de suelo en la superficie influenciada por las labores agrícolas, y se expresa en Megagramos o su equivalente en toneladas; para calcularla se necesita tres datos: 1. Área: superficie de suelo evaluada, que cuando no se indica se asume los cálculos a 1 ha (10000 m2). 2. Profundidad: espesor del suelo evaluado, que cuando no se indica se asume los cálculos a 0.2 m. 3. Densidad aparente: para la cual se puede proporcionar datos para determinarla, puede ser indicada o asumida con la información de la clase textural. El área por la profundidad determinará un volumen de suelo. Pca = Área * Profundidad * Densidad aparente Pca = Volumen * Densidad aparente ● Porosidad total (P) 22 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Es el espacio que corresponde a la fase sólida y la fase líquida, se puede expresar en porcentaje con respecto al volumen de suelo Porosidad total (%) = (1 - ( da / dp ) )*100 o en m3 Porosidad total (m3) = %P * Volumen de suelo (m3) ● Disponibilidad de elementos nutritivos Es la cuantificación del nitrógeno a través de la determinación de la cantidad de materia orgánica, del fósforo disponible y del potasio disponible. Materia orgánica (Mg ha-1) = Pca * %Materia orgánica P disponible (kg ha-1) = Pca * mg P disponible kg-1 suelo K disponible (kg ha-1) = Pca * mg K disponible kg-1 suelo El fósforo disponible se expresa en kg P2O5 ha-1 = kg P disponible ha-1 * 2.29 El potasio disponible se expresa en kg K2O ha-1 = kg K disponible ha-1* 1.2 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD APARENTE A. MÉTODO DEL CILINDRO Se basa en la medición de la masa (peso) de una muestra de suelo extraída en el campo utilizando un cilindro de volumen conocido. MATERIALES ▪ Lampa ▪ Cilindros metálicos ▪ Latas de aluminio ▪ Espátula o cuchillo ▪ Martillo o comba ▪ Balanza de platillo ▪ Estufa ▪ Vernier PROCEDIMIENTO 1. Con la ayuda del vernier, proceder a medir la altura y el diámetro interno de los cilindros metálicos para calcular su volumen. 2. Realizar una calicata de 40 cm de profundidad, y tomar muestras en sus estratos de 0 a 20 cm y de 20 a 40 cm. 3. Introducir los cilindros en el suelo ayudados con un pedazo de madera que debe colocarse en la parte superior del cilindro, golpeando sobre ellos con el martillo o comba hasta el ras del perfil (evitar disturbar o compactar la muestra). Los filos externos del cilindro deben ser biselados o cortantes para que facilite su ingreso. 4. Extraer los cilindros con las muestras de suelo contenidas en ellos. Con ayuda de un cuchillo afilado o espátula cortar en capas delgadas el suelo sobrante de los extremos hasta llegar al nivel de los bordes del cilindro. 5. Tomar complementariamente pequeñas porciones de suelo en cada profundidad y determinar su textura al tacto. 6. Transferir las muestras de suelo contenidas en los cilindros a las latas de aluminio, previamente pesadas. 7. Secar las muestras a 105 °C en una estufa. 8. Luego de 24 horas, como mínimo, extraer las latas de la estufa y pesar el contenido. 9. Registrar los datos en el cuadro respectivo y calcular la densidad aparente. B. MÉTODO DEL TERRÓN REVESTIDO EN PARAFINA Se basa en la relación de peso/volumen de un terrón de suelo, que es pesado en aire y luego pesado cuando está sumergido en agua previo recubrimiento con una fina capa de parafina. Esta pérdida de peso aparente es igual al volumen del terrón + volumen de la parafina. MATERIALES ▪ Terrones de suelo ▪ Balanza de torsión ▪ Parafina 23 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología ▪ Probeta graduada ▪ Vaso de precipitación de 100 cm3 ▪ Hilo PROCEDIMIENTO 1. Colectar terrones de tamaño mediano (aproximadamente 2 a 4 cm de diámetro) en el campo. 2. Secar los terrones en la estufa a 105 °C por 24 horas. 3. Pesar los terrones secos. 4. Amarrar un terrón con un hilo y sumergirlo en parafina ligeramente viscosa (temperatura aproximada 70 °C), de manera que se forme una película impermeable alrededor del terrón. 5. Pesar el terrón más la parafina. La diferencia de peso del terrón con parafina y el seco a la estufa, es igual al peso de la parafina. 6. Utilizando el extremo libre del hilo, suspender el terrón en el extremo de la balanza de torsión. Introducir el terrón dentro de un vaso que contiene agua y determinar el peso del terrón sumergido. 7. Calcular el volumen del terrón más la parafina, el cual corresponde al peso y volumen de agua desplazada y que a su vez es igual a la pérdida aparente de peso. 8. Calcular el volumen de la parafina sabiendo que a 18 °C su densidad es 0,89 g cm-3. 9. Calcular el volumen del terrón restando el volumen de la parafina al volumen del terrón más parafina. 10. Calcularla densidad aparente: masa de terrón seco a la estufa/volumen total del terrón. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD REAL MÉTODO DEL PICNÓMETRO Este método consiste en determinar la densidad real midiendo el volumen de fluido desplazado por una masa conocida de suelo en un frasco volumétrico o picnómetro (fiola). Para determinar el volumen de agua desplazada se aplica el principio de Arquímedes. La cuantificación del volumen del suelo se realizará a través de la pérdida de peso sufrida por el suelo sumergido en agua. MATERIALES ▪ 3 fiolas de 200 cm3 ▪ Balanza de platillo ▪ Un suelo con agregados ▪ Un suelo problema ▪ Un suelo arenoso PROCEDIMIENTO 1. Identificar los picnómetros (fiolas) para cada tipo de suelo. 2. Pesar 20 g para cada muestra de suelo (P1). 3. Llenar las fiolas con agua destilada hasta la marca de enrasado y pesar (el exterior de la fiola debe estar completamente seco) (P2). 4. Vaciar el agua de las fiolas dejando aproximadamente ¼ de su volumen con el líquido. 5. Depositar los 20 g de suelo a las fiolas y con la ayuda de una bagueta de vidrio agitar suavemente para expulsar completamente el aire que se encuentra atrapado en el suelo. 6. Luego llenar la fiola con agua destilada hasta la marca de enrasado y pesar (P3). 7. Hallar el peso del agua desplazada: P2 - (P3 - P1) 8. La densidad del agua se considera que es 1 g cm-3, el peso del agua desplazada es igual al volumen de agua desplazada. Este último representa el volumen de sólidos. 9. Determinar la densidad real: masa de suelo/volumen de sólidos. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD APARENTE Y DENSIDAD REAL A. MÉTODO DE LA PROBETA Se basa en la medición de la masa (peso) de una muestra de suelo seco a estufa, y la medición de su volumen con ayuda de una probeta. MATERIALES ▪ Suelo seco a estufa 24 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología ▪ Balanza ▪ Probetas ▪ Pizetas PROCEDIMIENTO 1. Pesar 50 g de suelo seco a estufa de textura arenosa y 50 g de suelo seco a estufa de textura arcillosa. 2. Depositar los suelos dentro de las probetas de 50 cm3 y medir los volúmenes del suelo contenidos en la probeta. 3. Retirar los suelos de las probetas y verter 50 cm3 de agua. 4. Introducir los suelos en las probetas y agitar para eliminar el aire. 5. Medir el volumen final de las mezclas en las probetas. CUESTIONARIO 1. Señale algunas propiedades físicas del suelo que afectan a la densidad aparente. 2. ¿Qué está sucediendo cuando la textura de un suelo no se altera, pero su densidad aparente incrementa o disminuye? 3. ¿Qué propiedades del suelo se ven afectadas con la compactación? ¿Bajo qué prácticas agrícolas generamos compactación en los suelos? 4. ¿Qué otros métodos de medición de la densidad aparente se pueden aplicar en campo? 5. Un cilindro hueco por ambos extremos, cuyo diámetro es de 7 cm y su altura de 2 pulgadas, nos sirvió para extraer una muestra de suelo sin disturbar, la que pesó 300 g conteniendo 15% de humedad gravimétrica. Por otro método se determinó que la densidad real era de 2.5 g cm-3. Calcule todas las otras propiedades físicas que le sea posible. 6. Se tomó una muestra de suelo húmedo que pesó 55.2 g (15% de humedad gravimétrica), cuyo volumen medido en una probeta fue de 40 cm3. Luego se agregaron 50 cm3 de agua destilada y el volumen de la mezcla con este suelo húmedo fue de 76.4 cm3. Hallar: a) Densidad aparente y densidad real. b) % de porosidad. c) % de espacio aéreo para las condiciones del suelo húmedo. d) Inferir la textura de ese suelo. 7. Un terrón secado a estufa de 23.4 g de peso se cubrió con una película de parafina; luego al volverlo a pesar, éste pesaba 25.9 g (densidad de la parafina = 0.9 g cm-3). ¿Cuál debería ser el peso de este terrón cubierto de parafina al sumergirlo en agua, si se sabe que su densidad aparente es de 1.45 g cm-3? 8. Para el problema anterior: ¿Cuál debería ser la densidad aparente del terrón para que virtualmente flote? Se entiende cubierto de parafina. 9. Se tienen dos suelos de textura y composición mineralógica semejante. ¿Cree usted que podrían presentar diferentes porcentajes de porosidad? ¿Por qué? 10. 100 g de suelo húmedo contienen 20 g de agua (lo que representa el 100% de los espacios porosos). Si la densidad aparente de este suelo es de 1.5 g cm-3, determinar: a) Volumen total de la muestra de suelo (cm3). b) Volumen de los sólidos (%). c) Densidad real (g cm-3). d) Volumen de agua (%). e) Porosidad (%). f) Inferir la clase textural. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Forsythe, W. (1985). Física de suelos: Manual de laboratorio (Segunda reimpresión). IICA. Narro F. E. (1994). Física de Suelos con enfoque agrícola. Ed. Trillas. México. Weil, R. y Brady, N. (2017). The nature and properties of soils. Pearson, 15 ed. Zavaleta, A. (1992). Edafología. El Suelo en Relación con la Producción. CONCYTEC. Lima, Perú. 25 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Reporte de Práctica Densidad Aparente y Densidad Real del Suelo Determinación de la Densidad Aparente Método del Cilindro Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica PROFUNDIDAD DE MUESTREO VOLUMEN DEL CILINDRO PESO DE LA LATA PESO DE LA LATA + PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA DENSIDAD APARENTE POROS TEXTURA AL TACTO (cm) (cm3) (g) (g) (g) (g cm-3) (%) Método de la Parafina Completar los siguientes cuadros según el desarrollo de la práctica Volumen determinado con balanza de torsión PESO DEL TERRÓN SECO A ESTUFA (1) PESO DEL TERRÓN CON PARAFINA (2) PESO DE LA PARAFINA (2-1) VOLUMEN DE LA PARAFINA (dparafina=0.89 g/cc) (3) PESO DEL TERRÓN CON PARAFINA SUMERGIDO EN AGUA (4) VOLUMEN DEL TERRÓN CON PARAFINA (Peso y Volumen del agua desplazada) (2-4) VOLUMEN DEL TERRÓN (2-4-3) DENSIDAD APARENTE POROS (g) (g) (g) (cm3) (g) (cm3) (cm3) (g cm-3) (%) 26 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Volumen determinado con probeta PESO DEL TERRÓN SECO A ESTUFA PESO DEL TERRÓN CON PARAFINA PESO DE LA PARAFINA VOLUMEN DE LA PARAFINA (dparafina=0.89 g/cc) (1) VOLUMEN DEL AGUA DESPLAZADA EN LA PROBETA (2) VOLUMEN DEL TERRÓN (2-1) DENSIDAD APARENTE POROS (g) (g) (g) (cm3) (cm3) (cm3) (g cm-3) (%) Determinación de la Densidad Real Método del Picnómetro Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica MUESTRAS PESO DEL SUELO PESO DE LA FIOLA + AGUA PESO DE LA FIOLA + AGUA + SUELO PESO DEL AGUA DESPLAZADA VOLUMEN DE LOS SÓLIDOS DENSIDAD REAL (g) (g) (g) (g) (cm3) (g cm-3) P1 P2 P3 P2-(P3-P1) 27 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Determinación de la Densidad Aparente y Densidad Real Método de la Probeta Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica TEXTURA PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA VOLUMEN DEL SUELO SECO A ESTUFA VOLUMEN DEL AGUA UTILIZADA VOLUMEN TEÓRICO DE LA MEZCLA VOLUMEN DE LA MEZCLA OBTENIDA EN LA PROBETA DIFERENCIA DE VOLÚMENES DENSIDAD APARENT E DENSIDAD REAL POROSIDAD ESPACIO AÉREO DENSIDAD APARENTE TEÓRICA DENSIDAD REAL TEÓRICA POROSIDAD TEÓRICA (g) (cm3) (cm3) (cm3) (cm3) (cm3) (g cm-3) (g cm-3) (%) (%) (g cm-3) (g cm-3) (%) 28 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La MolinaManual de prácticas de Edafología Resolver los siguientes problemas Se tiene un cubo de suelo de medidas 10 * 10 * 10 cm, con una masa total de 1500 g, de los cuales 250 g son agua. Si la densidad del agua es 1 g cm-3 y el volumen ocupado por el aire es 278 cm3 calcule: a) Densidad aparente (g cm-3). b) Densidad real (g cm-3). c) Volumen de sólidos (%). d) % de porosidad. e) % de espacio aéreo. Hallar el peso de la capa arable de 1 hectárea (ha) y el porcentaje de poros (%) de los siguientes suelos (profundidad = 20 cm): a. Arcilloso b. Franco c. Arena franca 29 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CAPÍTULO 6 El Agua del Suelo INTRODUCCIÓN El agua del suelo, a pesar de su abundancia en la naturaleza, no es una sustancia corriente; existen grandes diferencias entre muchas de sus propiedades y las de compuestos que son similares en estructura química. Esta agua es de vital importancia para el crecimiento de las plantas, no sólo porque éstas necesitan de ellas para realizar sus procesos fisiológicos, sino porque también el agua contiene nutrientes en solución (Taiz et al., 2015). El agua presente en el suelo determina un contenido de humedad en el suelo. Esta humedad es dinámica ya que se mueve constantemente de un lugar a otro en respuesta a las fuerzas de movimiento del agua creadas por la percolación, evaporación, irrigación, la lluvia, la temperatura y el uso de las plantas o cultivos. Estas plantas deben gastar energía para extraer el agua del suelo; eso se debe a que el agua en el suelo está sometida a fuerzas que la retienen en los microporos capilares. La planta deberá gastar más energía cuanto más aprisionada está el agua en el suelo. La medida de la fuerza con la que el agua es retenida por el suelo suele llamarse potencial hídrico del agua, que es la suma de las fuerzas que la retienen o impulsan en el suelo (Weil y Brady, 2017). Las fuerzas que retienen el agua en el suelo dependen de la textura (contenido de arcilla) y de la materia orgánica; las cuales permiten que el suelo pueda retener un volumen de agua disponible para las plantas (Forsythe, 1985). Conociendo el porcentaje de humedad de un suelo, se puede determinar la cantidad de agua que existe en el suelo en un momento determinado. Este dato es importante para calcular la lámina de riego o volumen de agua necesario para realizar un riego oportuno, si es que el agua presente en el suelo es muy poca, o en caso contrario, no realizar el riego. Así, se puede calcular la frecuencia de riego en un campo o predio de interés. A continuación, se muestran los procedimientos para calcular el porcentaje de humedad y otros experimentos que nos explican cómo el agua se mueve dentro del suelo. LOGRO Al finalizar la práctica, el estudiante estará capacitado para aplicar el método gravimétrico para determinar el contenido de humedad en muestras de suelo, los coeficientes hídricos del suelo (capacidad de campo y punto de marchitez) a partir de la humedad equivalente (H.E.) y comparar el movimiento del agua a través de tubos capilares conteniendo suelo de textura arenosa y franca. CUANTIFICACIÓN DE LA HUMEDAD EN EL SUELO Para cuantificar la humedad en el suelo se debe determinar la cantidad del componente agua de la fase líquida. El contenido de humedad se puede cuantificar en unidades de masa (peso) y volumen, y también se puede expresar en porcentaje. Peso Humedad Gravimétrica Volumen Humedad Volumétrica A. DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD: MÉTODO GRAVIMÉTRICO La humedad del suelo se puede expresar gravimétricamente con base en la masa, o volumétricamente, con base al volumen, La humedad gravimétrica es la forma más básica de expresar la humedad del suelo y se entiende por ella la masa de agua contenida por unidad de masa de sólidos del suelo. Frecuentemente, se expresa como un porcentaje. % 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐻𝑑𝑔) = (𝑀(𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜) − 𝑀(𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑢𝑓𝑎)) 𝑀(𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑢𝑓𝑎) ∗ 100 En donde: M = Masa. 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝑀𝑔/ℎ𝑎) = 𝑃𝑐𝑎 ∗ %𝐻𝑑𝑔 El suelo seco se obtiene luego de introducir el suelo húmedo a la estufa durante 24 horas, como mínimo, a 105°C. La humedad gravimétrica puede expresarse en forma de humedad volumétrica, utilizando la siguiente fórmula: 30 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología % 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐻𝑑𝑣) = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ∗ 100 Sin embargo, la relación entre la humedad volumétrica y la humedad gravimétrica es la siguiente: 𝐻𝑑𝑣 = 𝑑𝑎 𝑑𝐻20 ∗ 𝐻𝑑𝑔 da = Densidad aparente g cm-3 dH2O = Densidad del agua g cm-3 𝑯𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂𝒅 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂 (𝑴𝒈/𝒉𝒂) = 𝑷𝒄𝒂 ∗ 𝑯𝒅𝒗 MATERIALES ▪ Lampa ▪ Cilindros metálicos ▪ Latas de aluminio ▪ Martillo o comba ▪ Balanza con aproximación de 0.1 g PROCEDIMIENTO 1. Con la ayuda del vernier, proceder a medir la altura y el diámetro interno de los cilindros metálicos para calcular su volumen. 2. Realizar una calicata de 40 cm de profundidad, y tomar muestras en sus estratos de 0 a 20 cm y de 20 a 40 cm. 3. Introducir los cilindros en el suelo ayudados con un pedazo de madera que debe colocarse en la parte superior del cilindro, golpeando sobre ellos con el martillo o comba hasta el ras del perfil (evitar disturbar o compactar la muestra). Los filos externos del cilindro deben ser biselados o cortantes para que facilite su ingreso. 4. Extraer los cilindros con las muestras de suelo contenidas en ellos. Con ayuda de un cuchillo afilado o espátula cortar en capas delgadas el suelo sobrante de los extremos hasta llegar al nivel de los bordes del cilindro. 5. Tomar complementariamente pequeñas porciones de suelo en cada profundidad y determinar su textura al tacto. 6. Transferir las muestras de suelo contenidas en los cilindros a las latas de aluminio, previamente pesadas. 7. Colocar los recipientes de aluminio con el suelo en la estufa a 105°C durante 24 a 48 horas dependiendo de la textura del suelo, hasta alcanzar peso constante. Luego de este tiempo retirarlas y dejar enfriar. 8. Registrar el peso del suelo seco cuando se observa que este no disminuye o se mantiene constante. 9. Con los datos obtenidos, peso húmedo y peso seco, determinar el porcentaje de humedad del suelo, según la fórmula indicada anteriormente. 10. Comparar los resultados con los valores del triángulo textural modificado para estimación de la capacidad de campo. B. DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD EQUIVALENTE (H.E.) FUNDAMENTO Existen variados métodos de medición indirecta que nos pueden proporcionar el valor de contenido de humedad de un suelo en sus diferentes puntos de coeficientes hídricos. La Humedad Equivalente (H.E.) es el porcentaje de humedad que queda en una muestra de suelo después de que ésta ha sido sometida a una fuerza centrífuga mil veces mayor a la fuerza de gravedad durante un tiempo de 30 minutos a 2400 rpm. Se halla en base a la fórmula de humedad gravimétrica. Con el valor de Humedad Equivalente se puede determinar el % de humedad a Capacidad de Campo (CC) y en Punto de Marchitez (PM). Para determinar la CC se hace uso de la fórmula: 𝐶𝐶(%) = 0.865 ∗ 𝐻. 𝐸. +2.62 (aplicable en suelos de textura franco, franco arcillosa, franco limo arenoso, arcilloso) 31 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología 𝐶𝐶(%) = 0.774 ∗ 𝐻. 𝐸. +4.41 (aplicable en suelos de textura franco arenoso y arenoso) Para determinar el Punto de Marchitez (PM): 𝑃𝑀(%) = 𝐻. 𝐸. 1.84 Adicionalmente se puede determinar: 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑝𝑟𝑜𝑣𝑒𝑐ℎ𝑎𝑏𝑙𝑒= 𝐶𝐶 (%) − 𝑃𝑀 (%) MATERIALES ▪ Cajas estándar de centrifugación y papel filtro ▪ Centrífuga ▪ Cajitas de aluminio con sus respectivas tapas ▪ Balanza de aproximación (0.1 g) ▪ Muestras de suelo PROCEDIMIENTO 1. Pesar 30 g. de suelo y colocarlos dentro de las cajas estándar de centrifugación. 2. Dejar saturar las muestras con agua por un tiempo de 24 horas. 3. Centrifugar las muestras por 30 minutos a 2400 rpm. 4. Retirar las muestras centrifugadas y colocar una porción de suelo en las cajitas de aluminio, las cuales han sido previamente pesadas e identificadas. 5. Pesar las latas de aluminio conteniendo la muestra de suelo. 6. Colocar las cajas de aluminio con el suelo a la estufa a 105 °C por 24 horas, como mínimo. Luego de este tiempo retirarlas a un desecador y dejar enfriar. 7. Pesar y anotar sus datos. 8. Comparar los resultados con los valores del Triángulo Textural modificado para estimación de la capacidad de campo. C. VISUALIZACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL AGUA POR EL PROCESO DE CAPILARIDAD FUNDAMENTO La capilaridad puede demostrarse ubicando uno de los extremos de un tubo capilar de vidrio en agua. El agua se eleva en el tubo y esta elevación es mayor a medida que el diámetro del tubo sea menor. Las moléculas de agua son atraídas a los lados del tubo moviéndose hacia arriba en respuesta de esta atracción. Las fuerzas cohesivas entre las moléculas individuales de agua que no están en contacto directo con las paredes del tubo capilar producen que éstas sean también “jaladas” hacia arriba. Este movimiento del agua continúa hasta que el peso del agua en el tubo balancea las fuerzas adhesivas y cohesivas. Lo mismo ocurre en el suelo. MATERIALES ▪ Muestras de suelo de diferentes clases texturales. ▪ Tubos de vidrio de una pulgada de diámetro. ▪ Agua. ▪ Gasa. ▪ Cubetas. PROCEDIMIENTO 1. Introducir las muestras de suelos de diferentes clases texturales en tubos de vidrio de una pulgada de diámetro y colocar en la base de cada tubo un trozo de gasa para evitar que el suelo se pierda. 2. Sumergir la base de los tubos en una cubeta de agua, manteniendo constante el volumen de ésta. 3. Observar la altura de ascensión del agua por efecto de capilaridad. Anotar la altura final. 32 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CLASIFICACIÓN FISICA-BIOLOGICA DEL SUELO TRIÁNGULO TEXTURAL MODIFICADO PARA ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CAMPO (% HUMEDAD VOLUMÉTRICA) MACROPOROS MICROPOROS ultramicroporos 33 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CUESTIONARIO 1. ¿Qué factores afectan los valores de las constantes de humedad en el suelo? 2. Una muestra que al secarse a la estufa eliminó 6 cm3 de agua se determinó que contenía 15% de humedad gravimétrica. ¿Cuál era su peso original en húmedo? 3. ¿Qué cantidad de agua debe agregarse a 100 g de suelo para saturar completamente el suelo, si su densidad aparente es de 1.3 g cm-3 y su densidad real de 2.6 g cm-3? 4. Haga un esquema o gráfico del agua del suelo indicando: formas, coeficientes hídricos, tensión de retención en atmósferas, clasificación biológica, clasificación física, apariencia del suelo, etc. 5. Complete el cuadro anexo, en base al gráfico referente a curvas características de humedad. SUELO Hd v SATURACIÓN (%) Hd v CC (%) Hd v PM (%) POROSIDAD (%) ESPACIO AÉREO (%) AGUA ÚTIL (%) A (Arenoso) B (Arcilloso) 6. A partir de la siguiente tabla de datos ¿Cuál de los tres suelos está más próximo a la saturación? ¿Por qué? TEXTURA DENSIDAD APARENTE (g cm-3) PESO DEL SUELO HÚMEDO (g) PESO DEL SUELO SECO (g) POROSIDAD (%) Hd v (%) Arena franca 1.6 148.5 120 Franco 1.4 154.3 120 Franco arcilloso 1.2 161.7 120 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Forsythe, W. (1985). Física de suelos: Manual de laboratorio (Segunda reimpresión). IICA. Lorente, J. (1997). Biblioteca de la Agricultura LEXUS. Idea Books, S.A. España. Narro, E. (1994). Física de Suelos con enfoque agrícola. Ed. Trillas. México. Taiz, L., Zeiger, E., Moller, I.M. y Murphy, A. (2015) Plant Physiology and Development. 6th Edition, Sinauer Associates, Sunderland, CT. Weil, R. y Brady, N. (2017). The nature and properties of soils. Pearson, 15 ed. 34 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Reporte de Práctica El Agua del Suelo Determinación del porcentaje de humedad: Método Gravimétrico Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica PROFUNDIDAD DE MUESTREO VOLUMEN DE CILINDRO PESO DE LA LATA PESO DE LA LATA + PESO DEL SUELO HÚMEDO PESO DEL SUELO HÚMEDO PESO DE LA LATA + PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA Hd g DENSIDAD APARENTE Hd v POROS TEXTURA AL TACTO (cm) (cm3) (g) (g) (g) (g) (g) (%) (g cm-3) (%) (%) Determinación de la Humedad Equivalente (HE) Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica MESA PESO DE LA LATA PESO DE LA LATA + PESO DEL SUELO CENTRIFUGADO PESO DEL SUELO CENTRIFUGADO PESO DE LA LATA + PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA H.E. CC PM AGUA APROVECHABLE TEXTURA AL TACTO (g) (g) (g) (g) (g) (%) (%) (%) (%) 35 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Comparación del movimiento del agua por el proceso de capilaridad Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica TEXTURA TIPO DE POROS QUE PREDOMINA COMPORTAMIENTO DEL ASCENSO DEL AGUA Resolver el siguiente problema El muestreo del suelo de un campo deportivo de 120 m * 50 m arroja los siguientes resultados: Peso del suelo al momento de muestreo: 125 g. Peso del suelo seco al aire: 107 g. Peso del suelo húmedo a CC: 135 g. Peso del suelo a tensión de 15 atm: 117 g. Profundidad considerada: 20 cm. Densidad aparente: 1.25 g cm-3. Densidad real: 2.50 g cm-3. Humedad higroscópica (en peso): 7%. Encontrar después de un riego de 250 m3: a) Agua libre o gravitacional en m3. b) Agua útil o aprovechable en litros. c) Agua no útil en m3. d) Agua higroscópica en m3. e) Agua capilar en litros. 36 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología CAPÍTULO 7 Capacidad de Intercambio Catiónico INTRODUCCIÓN Los componentes sólidos del suelo, inorgánicos (arcillas) y orgánicos (materia orgánica) poseen cargas negativas en su superficie, las cuales le permiten absorber iones cargados positivamente (cationes) de la fase líquida del suelo. Este proceso es reversible y la fase sólida puede liberar al mismo tiempo otros iones hasta establecer un equilibrio entre la fase sólida y la fase líquida (Weil y Brady, 2017). La propiedad del suelo de poder intercambiar iones en la interfase sólido-líquido tiene grandes repercusiones en el comportamiento del suelo porque controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas como: K+, Ca+2, Mg+2, etc., interviene en los procesos de floculación-dispersión de las arcillas y por consiguiente en el desarrollo de la estructura y en la estabilidad de los agregados, y determina el rol del suelo como depurador natural al permitir la retención de elementos contaminantes incorporados al suelo (Fassbender y Bornemisza, 1987). La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es definida como la suma total de los cationes intercambiables que un suelo pueda adsorber. La CIC de un suelo variará de horizontea horizonte y en cada uno de ellos dependerá del tipo de coloide (coloide orgánico: humus, coloide inorgánico: arcillas del tipo 2:1 y 1:1), de la cantidad de coloide y del pH. La CIC es expresada en términos de moles de carga positiva absorbida por unidad de masa. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo (cmol(+) kg- 1 de suelo); sin embargo, en la actualidad todavía se utiliza la expresión miliequivalentes por 100 g de suelo (me 100 g-1 suelo) (Weil y Brady, 2017). LOGRO Al finalizar la práctica, el estudiante estará capacitado para determinar, por un método adecuado, la capacidad de intercambio catiónico del suelo problema y compararlo con un suelo de características conocidas. LA CUANTIFICACIÓN DE LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO Existen diferentes métodos para determinar la CIC, todos ellos tienen el mismo fundamento: primero se satura el suelo con un catión, a fin de desplazar aquellos presentes en el suelo, luego se mide la cantidad adsorbida de este catión. En algunos casos no es necesario desplazar este catión, se le mide en la misma fase sólida saturada. La elección del catión saturante depende del tipo de suelo a analizar: así para suelos no calcáreos se utiliza la solución de acetato de amonio, 1N de pH 7.0. Para suelos calcáreos se utiliza el sodio como catión saturante, en forma de sal de acetato de sodio 1N, de pH 8.2, puesto que el acetato de amonio reacciona con los carbonatos liberando el calcio. Para suelos ácidos se utiliza el catión potasio, en forma de sal de cloruro de potasio 1N. Las soluciones saturantes más empleadas en cada tipo de suelo se presentan en el cuadro 1. El intercambio de los cationes es estequiométrico, es decir que para el desplazamiento de un catión del suelo es necesaria la adición de otro con la misma carga. 1 me de Ca2+ <> 1 me de Al3+ <> 1 me de K+ 25 me de Ca2+ <> 25 me de Al3+ <> 25 me K+ Con el valor de la capacidad intercambio catiónico se puede hallar: 1. Capacidad de intercambio catiónico efectiva 𝐶𝐼𝐶𝑒 = 𝐶𝑎2+ + 𝑀𝑔2+ + 𝐾+ + 𝑁𝑎+ + 𝐴𝑙+3 + 𝐻+ 2. Porcentaje de saturación de bases 𝑆𝐵 = 𝐶𝑎2+ + 𝑀𝑔2+ + 𝐾+ + 𝑁𝑎+ 𝐶𝐼𝐶𝑒 ∗ 100 3. Porcentaje de acidez cambiable 𝐴𝐶 = 𝐴𝑙+3 + 𝐻+ 𝐶𝐼𝐶𝑒 ∗ 100 = 100 − 𝑆𝐵 4. Porcentaje de saturación de calcio cambiable 37 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología 𝑆𝐶𝑎 = 𝐶𝑎2+ 𝐶𝐼𝐶𝑒 ∗ 100 5. Porcentaje de saturación de magnesio cambiable 𝑆𝑀𝑔 = 𝑀𝑔2+ 𝐶𝐼𝐶𝑒 ∗ 100 6. Porcentaje de saturación de potasio cambiable 𝑆𝐾 = 𝐾+ 𝐶𝐼𝐶𝑒 ∗ 100 7. Porcentaje de sodio intercambiable 𝑃𝑆𝐼 = 𝑁𝑎+ 𝐶𝐼𝐶𝑒 ∗ 100 8. Relación 𝐶𝑎 𝑀𝑔 9. Relación 𝐶𝑎 𝐾 10. Relación 𝑀𝑔 𝐾 11. Relación 𝐾 𝑁𝑎 38 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología Cuadro 1. Soluciones más empleadas en la determinación de la CIC del suelo SOLUCIÓN CH3COONH4 CH3COONa BaCl2 LiCl CH3COOLi KCl pH 7 8.2 8 7 8.2 7 Determinación Destilación Kjeldahl Espectrofotometría Precipitación de SO4-2 Fotometría de llama Fotometría de llama Espectrofotometría Suelo ácido (pH 6.0) No No Si Si No Si Suelo ácido-neutro (pH 6.0-7.5) Si No Si Si No No Suelo calcáreo No No Si Si No Si Suelo orgánico No No Si Si Si Si Suelo salino Si Si No Si Si No 39 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología A. MÉTODO DEL ACETATO DE AMONIO La saturación de la muestra se realiza con acetato de amonio 1N pH 7.0. En este método el suelo es lavado con un exceso de solución de acetato de amonio con el objeto de remover los cationes cambiables y saturar el suelo con amonio. El exceso de amonio, presente en los poros del suelo, es lavado con alcohol. El amonio adsorbido en el complejo arcillo-húmico es destilado en presencia de una base fuerte (NaOH) concentrada, capturado en un ácido (HCl) y posteriormente titulado por retrovaloración y calculado en términos de miliequivalentes por 100 g de suelo o centimoles por kg de suelo. Este método de destilación es conocido como método de Kjeldahl. MATERIALES ▪ Acetato de amonio 1N, pH 7.0. ▪ Alcohol etílico. ▪ Ácido clorhídrico 0.1 N. ▪ Hidróxido de sodio 0.1 N. ▪ Vasos de 200 mL. ▪ Pipeta graduada de 25 cm3. ▪ Buretas de 25 cm3. ▪ Embudos de tallo largo. ▪ Papel filtro. ▪ Balanza. PROCEDIMIENTO 1. Pesar exactamente 5 g. de suelo y colocarlos sobre un embudo con papel filtro ligeramente humedecido. 2. Lavar con acetato de amonio 1N pH 7.0 el suelo, agregando pequeñas porciones cantidades hasta completar 100 cm3. Recibir el filtrado y guardarlo para determinar los cationes cambiables. 3. Lavar el suelo con 25 cm3 de alcohol etílico para eliminar el exceso de amonio. Comprobar la total eliminación adicionando a este filtrado una gota del reactivo de Nessler. 4. El papel filtro con el suelo después de haber eliminado el exceso de amonio se coloca en un balón de destilación. 5. Se realiza la destilación recibiendo el amoniaco en un exceso de HCl 0.1 N. 6. Terminada la destilación, titular el exceso de HCl 0.1 N con NaOH 0.1 N ante la presencia del indicador rojo de metilo. Ejemplo de cálculo: Datos: Peso de suelo: 5g. Vol. HCl 0.1 N: 20 cm3. Gasto NaOH 0.1 N: 10 cm3. El NaOH 0.1 N titula el HCl 0.1 N que no ha reaccionado con el NH4+ desprendido en la destilación. Por diferencia se obtiene la cantidad de amonio presente en la muestra de suelo. Se han utilizado 20 cm3 de HCl 0.1 N y 10 cm3 de NaOH 0.1 N Diferencia de 20 – 10 = 10 cm3 de HCl que han reaccionado con el NH4+ Para averiguar la cantidad de miliequivalentes (me) de amonio presente en la muestra de suelo, se multiplica el volumen, 10 cm3, por la normalidad 0.1 N. El resultado son los miliequivalentes de amonio en la muestra. Luego: me NH4+ = 10 cm3 * 0.1 N me NH4+ = 1 Estos meq son en 5 g de suelo. Se debe relacionar a 100 g de suelo. 1 me NH4+ – 5 g de suelos X – 100 g de suelo 𝑋 = 1 ∗ 100 5 X = 20 me de NH4+ 100 g-1 suelo El resultado indica 20 me de NH4+ en 100 g de suelo. Esta cantidad de NH4+ es igual a la cantidad de cationes que el suelo puede adsorber y, por lo tanto, también indica su capacidad de intercambio de cationes. 40 Departamento Académico de Suelos Universidad Nacional Agraria La Molina Manual de prácticas de Edafología B. MÉTODO DEL VERSENATO En este método se emplea como catión de saturación al calcio del cloruro de calcio (CaCl), y al cloruro de potasio como la solución salina de desplazamiento. El calcio desplazado, que representa a la medida de la capacidad de intercambio catiónico, será determinado por el Método Complexométrico de la Titulación con EDTA. MATERIALES ▪ Erlenmeyers ▪ Cloruro de calcio 1N. ▪ Cloruro de potasio 2N. ▪ Oxalato de amonio o ácido oxálico. ▪ Hidróxido de sodio 4N. ▪ Indicador purpurato de amonio. ▪ Probeta. ▪ Vasos de 100 cm3. ▪ Vasos de 200 cm3. ▪ Buretas de 25 cm3. ▪ Pipeta ▪ Embudo de tallo largo. ▪ Papel filtro. ▪ Pizeta. ▪ Balanza. PROCEDIMIENTO 1. Pesar exactamente 5 g de suelo y colocarlo en un erlenmeyer. 2. Adicional 20 cm3 de cloruro de calcio (CaCl2) 1N. 3. Agitar la mezcla contenida en el erlenmeyer durante 5 minutos. 4. Instalar el embudo para filtrar. 5. Filtrar el contenido del erlenmeyer hacia el vaso de 100 cm3, y desechar el filtrado. 6. Agregar 20 cm3 de agua destilada al erlenmeyer y agitar por unos minutos para retirar el suelo que aún queda. 7. Verter la solución sobre el embudo para su filtrado y descartar el filtrado. 8. Repetir el paso 6 y 7 por lo menos dos veces más. 9. Recoger el último lavado
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