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3.4: Medición y Movimiento del Agua del Suelo

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    Objetivos de aprendizaje

    • Familiarízate con las fuerzas motrices del movimiento del agua del suelo y cómo las propiedades del suelo pueden afectar el movimiento del agua
    • Revisar los contenidos clave de agua del suelo y los tipos de agua que se mantienen en el suelo a diferentes tensiones.
    • Examine algunos instrumentos modernos utilizados para medir el contenido de agua del suelo y describir cómo funcionan.
    • Revisar cálculos comunes para la medición y movimiento del agua del suelo.

    En el laboratorio de Relaciones de Suelo y Agua desarrollamos relaciones entre el suelo y el agua para un suelo arenoso y un suelo arcilloso. Estas relaciones entre el suelo y el agua son esenciales para interpretar los resultados de cualquier sensor de agua del suelo. Una vez calibrados, esos sensores se pueden utilizar para cuantificar el agua disponible en la planta. También se pueden utilizar para determinar la dirección del flujo de agua debido a la gravedad, la capilaridad o incluso el potencial osmótico. Si bien es posible controlar un sistema de riego desde un teléfono inteligente, un conocimiento profundo de los principios que rigen la medición y el movimiento del agua es esencial para emplear eficazmente dicha tecnología. En este laboratorio, veremos un video clásico sobre el movimiento del agua del suelo, participaremos en algunas actividades prácticas relacionadas con el contenido de agua del suelo y observaremos algunos sensores de humedad del suelo de última generación.

    Materiales

    • Conjunto de problemas de medición y movimiento del agua del suelo
    • Computadora con acceso a internet y proyector
    • Tensiómetro con manómetro de vacío o transductor de presión
    • Bloques de resistencia eléctrica WATERMARK 200SS con manual de usuario (Irrometer Company, Inc., Riverside, CA, EE. UU.)
    • EC-5 Sensor de Humedad Pequeño con manual de usuario (EC-5 Small Moisture Sensor, Decagon Devices, Pullman, WA, U.S.)
    • Sensor de suelo Hydra Probe con manual de usuario (Stevens Water Monitoring Systems Inc., Portland, OR, EE. UU.)

    Lectura Recomendada

    Asignación Prelab

    Usando la lectura recomendada, el laboratorio de relaciones de suelo y agua, y la introducción a este laboratorio, considere las preguntas a continuación. Estas definiciones/preguntas proporcionarán un resumen conciso de los principales conceptos a abordar en el laboratorio. Son útiles notas de estudio para exámenes.

    1. Describir por qué los suelos de textura fina son adecuados para el cultivo de tierras secas, mientras que los suelos de textura gruesa no
    2. Clasificar los suelos con las texturas franco arcilloso, franco y franco arenoso desde el suelo con mayor tensión hídrica hasta el suelo con la menor tensión hídrica.
    3. Definir una curva de retención de humedad del suelo (también conocida como relación agua del suelo) y describir cómo se usa.
    4. Describir por qué la colocación de fertilizantes es importante en los sistemas de riego.

    Introducción

    El movimiento del agua del suelo es un proceso importante en el suelo; controla la cantidad de agua disponible para las plantas, cuánta agua se puede almacenar en el suelo y si la zona de la raíz tiene exceso de agua adentro. El movimiento del agua del suelo se clasifica en flujo saturado, flujo insaturado y flujo de vapor.

    El flujo saturado ocurre a tensiones de 0 a -0.3 bar, entre la saturación y la capacidad de campo. La velocidad de flujo depende de la conductividad hidráulica, la cual es controlada por el tamaño de poro. En general, cuanto más grueso es el material, más rápido es el caudal. La fuerza impulsora detrás del flujo saturado es la carga hidrostática, por lo que cuanto mayor es la columna de agua, más carga hidrostática. Esto es como bucear hasta el fondo de una piscina. Cuanto más profundo vas, más grande es la columna de agua por encima de ti. Con suficiente presión, tus oídos pueden estallar.

    El flujo insaturado, también conocido como flujo capilar, ocurre entre 0.3 a 31 bares, entre la capacidad de campo y el aire seco. En general, el agua del suelo se mueve a través de la acción capilar de áreas con mayor energía potencial, a áreas con menor energía potencial. Esencialmente, se mueve de áreas húmedas a áreas secas. En otras palabras, la fuerza motriz es un gradiente de tensión. La conductividad hidráulica controla qué tan rápido puede fluir el agua. En condiciones insaturadas, la conductividad hidráulica se controla por la tortuosidad, o por lo directa o indirecta que es la trayectoria del flujo de agua. Un camino recto es la ruta más directa y por lo tanto la más rápida, mientras que la ruta menos directa con ser la ruta más lenta.

    El flujo de vapor es como el flujo capilar pero es impulsado por gradientes en la presión de vapor en lugar de la tensión del agua.

    Actividad 1: Movimiento del Agua en Suelos Video

    Vea el video Movimiento del Agua en los Suelos (Hsieh et al., 1961) como clase, y luego responda las siguientes preguntas:

    ¿Qué dos fuerzas son responsables del movimiento del agua hacia arriba contra la fuerza descendente de la gravedad?

    Cuando primero se agrega agua al surco de riego, el movimiento del agua hacia afuera (hacia un lado) es ________ el movimiento del agua hacia abajo.

    • Menos de
    • Igual a
    • Mayor que

    ¿Cuándo predominan las fuerzas gravitacionales?

    Para la demostración utilizando un suelo fino con una capa de material grueso (arena), describa lo que ocurre inicialmente cuando el frente humectante llega a la arena.

    Para esa misma demostración, ¿qué debe ocurrir para que el agua pase a la capa gruesa?

    Para la misma demostración, ¿qué sucede cuando la capa saturada llega a la arena?

    Para la demostración con un suelo grueso que contenga una capa de material fino (como arcilla), describa lo que ocurre inicialmente cuando el frente humectante llega a la arcilla.

    Para esa misma demostración, ¿por qué se forma un nivel freático sobre la capa de arcilla?

    ¿Qué sucede cuando se aplica agua libre directamente a una capa de material grueso? ¿Cuál es la fuerza impulsora detrás del rápido movimiento?

    ¿Qué sucede cuando una capa de material grueso no está en contacto directo con el agua libre?

    En la comparación del movimiento del agua en un franco arenoso, franco y franco arcilloso, ¿qué textura tiene la penetración más profunda del agua de riego? ¿Por qué?

    ¿Por qué la agricultura de tierras secas es práctica en suelos de textura fina, pero no en suelos de textura gruesa?

    ¿Describir cómo se mueven los fertilizantes solubles dentro del surco en relación tanto con el canal de riego como con el sistema radicular del cultivo?

    ¿Dónde se deben colocar los desagües de baldosas para que lleven el exceso de agua?

    Actividad 2: Demostración de esponja de movimiento de agua del suelo

    Usando la esponja y la bandeja en tu mesa, aprieta la esponja mientras está sumergida bajo el agua.

    Equiparando la esponja y el agua que retiene con el suelo y el agua del suelo, ¿qué contenido de agua tiene esta esponja?

    • Saturación
    • Capacidad de campo
    • Punto de marchitamiento
    • Secar al aire

    El agua que drenó libremente lejos de la esponja una vez saturada se considera ¿qué tipo de agua?

    • Agua gravitacional
    • Planta de agua disponible
    • Agua no disponible
    • Agua capilar

    Ahora, saca la esponja del agua, manténgala por encima de la sartén y deja que gotee. Observe que el agua se drenará libremente de la esponja por un tiempo pero eventualmente se detendrá.

    Equiparando la esponja y el agua que retiene con el suelo y el agua del suelo, ¿qué contenido de agua tiene ahora la esponja?

    • Saturación
    • Capacidad de campo
    • Punto de marchitamiento
    • Secar al aire

    Aplique una ligera presión a la esponja para eliminar un poco de agua, y dejar que el agua gotee en la sartén. Observe que a medida que aplique más fuerza, se retira más agua de la esponja. Esto se asemeja a cómo las plantas eliminan el agua del suelo. Inicialmente se ejerce muy poca energía para que puedan extraer agua. Sin embargo, a medida que el suelo se seca, se requiere cada vez más energía para eliminar el agua.

    Equiparando la esponja y el agua que retiene con el suelo y el agua del suelo, ¿qué contenido de agua tiene la esponja una vez que ya no se puede eliminar agua apretando la esponja?

    • Saturación
    • Capacidad de campo
    • Punto de marchitamiento
    • Secar al aire

    Observe que la esponja aún está húmeda. Esto se debe a que aún más allá del punto donde las plantas pueden eliminar el agua del suelo, aún queda algo de agua. ¿A esta agua se le llama qué?

    • Agua gravitacional
    • Planta de agua disponible
    • Agua no disponible
    • Agua capilar

    Actividad 3: Dispositivos para medir la humedad del suelo

    En el libro de texto, revise los dispositivos para medir la humedad del suelo y el principio sobre el cual opera cada dispositivo. Observe los dispositivos en exhibición en el laboratorio.

    Tensiómetro

    ¿Qué lee realmente el medidor?

    ¿El tensiómetro mide el contenido de humedad del suelo o el potencial de humedad del suelo?

    Bloques de Resistencia Eléctrica y Sensores Marca de Agua

    ¿Qué lee realmente el medidor?

    ¿Cómo se determina el contenido de humedad de la lectura del medidor?

    Sensor volumétrico de contenido de agua (Decagon EC-5)

    ¿Qué lee realmente el medidor?

    ¿Cómo se determina el contenido de humedad de la lectura del medidor?

    Stevens Hydra Sonda Sensor de Suelo

    ¿Qué lee realmente el medidor?

    ¿Cómo se determina el contenido de humedad de la lectura del medidor?

    Actividad 4 y asignación: conjunto de problemas

    El conjunto de problemas se le proporcionará al inicio de la sesión de laboratorio.

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