ROGER MUÑOZ HERNÁNDEZ
EDAFOLOGÍA
Prácticas de laboratorio
Código 582
2 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Producción académica
Evelin Umaña Ramírez
Revisión filológica
Vannessa Villalobos Rodríguez
Diagramación e ilustraciones
Evelin Umaña Ramírez
Encargado de cátedra
Wagner Peña Cordero
Este manual de laboratorio ha sido confeccionado en la Uned, en el año 2011, para ser utilizado en la asignatura Laboratorio de Edafología, código 582, impartida en los programas Ingeniería Agronómica y Administración de Empresas Agropecuarias.
Universidad Estatal a Distancia
Vicerrectoría Académica
Escuela de Ciencias Exactas y Naturales
3 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
Contenido
Presentación ...................................................................................................................................... 4
Indicaciones generales sobre el trabajo en el laboratorio ........................................................... 5
Práctica 1. Toma de muestras en el campo ................................................................................... 8
Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales ......................................................................... 29
Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo ................................................................................ 53
Práctica 4. Agua en el suelo .......................................................................................................... 71
Referencias bibliográficas .............................................................................................................. 85
Apéndice. Procedimientos estadísticos para el manejo de datos ............................................ 86
4 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Presentación
El curso Laboratorio de Edafología (código 582), impartido por la cátedra de
Gestión Sostenible del Suelo, Escuela de Ciencias Exactas y Naturales, tiene el
propósito de fomentar el desarrollo de habilidades y destrezas en el manejo de
herramientas analíticas del muestreo y propiedades físicas del suelo, las cuales le
permitan comprender el uso sostenible de la finca agrícola.
Este material didáctico contiene las actividades por desarrollar en las cuatro
tutorías. La primera corresponde a una gira de campo en la cual los estudiantes
aplican técnicas para la toma de muestras de suelo y le dan el tratamiento
adecuado. Así, se garantiza el correcto desarrollo del trabajo durante el
cuatrimestre.
Cada una de las prácticas incluye objetivos específicos, sumario, introducción,
fundamento teórico, materiales y métodos, procedimiento y una guía para orientar
la discusión de los resultados. Los lineamientos de evaluación y otras
responsabilidades del estudiante se estipulan en las orientaciones de la asignatura.
5 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
Indicaciones generales sobre el trabajo en el laboratorio
Los estudiantes de este curso tienen la obligación de acatar lo siguiente en cada
una de las sesiones de laboratorio:
Respetar los horarios y las normas de trabajo.
Manipular los equipos de la forma correcta, para lo cual debe conocer la
manera de utilizarlos, o bien esperar las indicaciones del instructor.
Luego de ser utilizados durante la sesión de laboratorio, los instrumentos y
el equipo deben ser colocados, nuevamente, en su respectivo lugar.
Mantener limpia su área de trabajo y los implementos usados.
Los reactivos deben manipularse adecuadamente para evitar accidentes; es
fundamental prestar atención a las etiquetas de los recipientes y las
recomendaciones del instructor respecto a las medidas de seguridad y
manipulación de las sustancias químicas.
En caso de emergencia siga las órdenes del instructor.
Durante el desarrollo de las prácticas de este curso, se requerirán diferentes
equipos (las balanzas de tipo analítica digital y la granataria serán las más
utilizadas). A continuación, se anotan una serie de recomendaciones para su uso:
6 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
La balanza debe marcar 0 g antes de hacer una medición.
Efectúe las mediciones siempre con la misma balanza.
Cerca de las balanzas solamente permanecen quienes realizan las
mediciones (uno por balanza).
Las balanzas no se deben mover de su sitio de trabajo; únicamente, se
trasladan cuando sea necesario y, siempre, con la supervisión del instructor.
La balanza se coloca sobre una superficie plana y fija.
Tanto muestras como balanzas, se manipulan con guantes limpios, porque
hay contaminación en las manos (polvo o grasa) y se pueden alterar los resultados.
Toda muestra debe estar a temperatura ambiente antes de ser colocada en la
balanza.
No es conveniente colocar muestras directamente sobre el platillo, sino
sobre un vidrio de reloj, un beaker (vaso de precipitados) o algún recipiente de
vidrio limpio y seco.
En caso de añadir una cantidad de muestra superior a la indicada, tome
el plato de vidrio, retire el exceso y colóquelo, nuevamente, sobre la balanza.
Repita este proceso si no logra el fin esperado.
7 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
Si falta cantidad de sustancia para obtener la masa determinada,
ubíquela sobre el recipiente de vidrio con mucho cuidado.
Las balanzas deben dejarse en cero y completamente limpias después de
utilizarlas.
Si observa algo inusual en el equipo, o bien si lo daña, debe comunicalo
inmediatamente al instructor. De no seguir estas recomendaciones, puede
deteriorar el aparato o alterar sus resultados.
8 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Práctica 1. Toma de muestras en el campo
Práctica 1
Toma de muestras de
suelo en el campo
Sumario
Toma de muestras de suelo
Tratamiento de las muestras
Introducción
Las características físicas, químicas y biológicas de los suelos son fundamentales
para el desarrollo de proyectos de investigación, así como del establecimiento de
actividades agrícolas, pecuarias y forestales.
Al evaluar las propiedades de los suelos, se recolectan muestras representativas
y se analizan en el laboratorio, con el fin de obtener datos descriptivos sobre el
sitio de estudio. Sin embargo, se debe tener cuidado cuando se ejecutan los
procedimientos e interpretan los resultados, dada la heterogeneidad de los
Una muestra representa una pequeña fracción de todo el suelo analizado y se emplea para evaluar sus características físicas, químicas y biológicas.
9 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
suelos. Esta característica es responsable por las variaciones en sus propiedades,
aun en distancias cortas.
Por ejemplo, si se considera una muestra obtenida a 20 cm de profundidad en
una finca de 10 ha, cuya densidad aparente es de 0,001 g/cm3, la masa de la finca
sería de 2x105 kg de suelo. Consecuentemente, una muestra de 0,5 kg enviada al
laboratorio representaría, con respecto al área de la finca, una porción de suelo
de un total de 4x105 de partes de la capa arable del suelo.
Luego de recolectar las muestras de suelo y analizarlas, se puede inferir las
características del lugar de estudio y, de esta manera, hacer las
recomendaciones. Sin embargo, la calidad y la utilidad de los datos obtenidos, a
partir del muestreo, son claves al establecer si los resultados son confiables. Por
lo tanto, es necesario desarrollar, cuidadosamente, cada una de las siguientes
fases del muestreo de suelos.
Toma de muestras de suelo
Delimitación de las unidades de muestreo
Como primer paso, se selecciona el área de estudio correspondiente al tema de
investigación planteado, seguidamente, se formulan los objetivos o metas por
cumplir. Una vez en el sitio, se recorre la finca para definir las unidades de
muestreo (áreas o superficies homogéneas), para lo cual, se utilizan diferencias
en el suelo como criterio de selección.
Este patrón no, necesariamente, se presenta en todos los suelos debido a las diferencias en la porosidad, el tipo de arcilla y otras condiciones influyentes. Algunos autores indican valores de 2,5 millones de kilogramos de suelo en la capa fértil, como ocurre en los bosques.
La capa arable es la más superficial del suelo (primeros 20 cm de profundidad), donde se desarrollan las actividades agrícolas y donde se presenta la mayor concentración de nutrientes para las plantas
10 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Luego, se fijan los límites dentro del paisaje, así, se divide el sitio (la finca) en
áreas más pequeñas y de características más homogéneas, en relación con
algunas variables cualitativas como las siguientes:
Color
Textura
Pendiente del terreno (plano, inclinado)
Material parental (aluvial, coluvial)
Uso (agricultura, ganadería, manejo forestal)
Prácticas de manejo (encalado, uso de fertilizantes, aplicación de abonos)
Tipo de suelo (arcilloso, arenoso)
Cultivo o vegetación (cultivos anuales, cultivos perennes, pastoreo,
bosque)
La caracterización de una finca se realiza en etapas con el fin de obtener datos
necesarios para identificar el tipo de actividades agrícolas, pecuarias o forestales
a ser desarrolladas, siempre, bajo el amparo de los objetivos de estudio. Todo
trabajo de campo implica seguir los siguientes pasos:
Determinación de las condiciones del sitio
Muestreo
Análisis físicos y químicos
Elaboración de cartas y mapas con ayuda de sistemas de información
geográfica
11 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
En cada unidad o punto de muestreo se recolecta una porción de suelo, la cual
se separa e identifica para su posterior análisis de laboratorio; este generará
datos útiles en la interpretación y propuesta de recomendaciones relacionadas
con los propósitos del estudio, como por ejemplo, las prácticas de manejo del
suelo en cada sitio evaluado.
Equipo para la toma de muestras
Es indispensable contar con un mapa o croquis de la finca, machete, un balde
limpio, bolsas plásticas limpias, barreno de tubo, barreno tipo holandés, palín
(figura 1), marcadores indelebles, etiquetas, cinta adhesiva, lápiz y hojas para
anotaciones.
Las herramientas de perforación (palín, barrenos y cilindros muestreadores) se
utilizan según el tipo de muestreo, el análisis por aplicar y las características del
suelo.
Todo instrumento usado en la colecta de muestras debe estar limpio, libre de
superficies oxidadas y de otros residuos considerados fuentes de contaminación.
12 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
A) Palín
B) Barreno tipo holandés
C) Algunos implementos necesarios para colecta de muestras en el campo
Figura 1. Equipo para la toma de muestras
Fuente: Wagner Peña
13 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
Toma de muestras
El objetivo principal del trabajo de campo es obtener muestras representativas.
Estas corresponden a varias porciones del mismo volumen (también, muestras
simples o submuestras), tomadas a la misma profundidad y con la misma
herramienta de trabajo. Además, se recolectan al azar, en diversos puntos del
área de estudio y se mezclan en forma homogénea.
Dentro de cada unidad de muestreo, se toma una porción de suelo, llamada
muestra compuesta, perteneciente a la mezcla de submuestras o muestras
simples. Cuanto mayor sea el número de porciones de una muestra compuesta,
más confiabilidad tendrá el muestreo.
Una vez definidos los límites de cada unidad, se toman las submuestras, para lo
cual se recorre el terreno al azar, en forma de zigzag, en línea recta, entre calles,
surcos, lomillos o de cualquier otra forma sistemática. Se recolectan las muestras
a cada 15 o 30 pasos, o bien se define una distancia. Las submuestras se toman
en cada vértice donde se cambie la dirección del recorrido (figura 2).
Se sugiere la toma de 15 a 20 submuestras por cada unidad de muestreo, con el fin de compensar la variabilidad.
Es preferibleutilizar bolsas plásticas limpias y de color oscuro para transportar las muestras. También, se pueden colocar en un balde plástico limpio o pequeños contenedores herméticos con tapa.
14 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
A) Delimitación del croquis sobre una fotografía aérea del terreno en estudio
B) Muestreo en zigzag sobre terreno
inclinado C) Muestreo en zigzag sobre terreno plano
Figura 2. Unidad de muestreo en donde se aplica el método de colecta en zigzag
Fuente: Osorio, N.W. Universidad Nacional de Colombia
(en línea<www.unalmed.edu.co/~esgeocien/documentos/muestreo.pdf>, consultado en julio del 2011)
Antes de tomar las submuestras, se remueve la cobertura vegetal y cualquier
otro obstáculo capaz de alterar los análisis. Luego, se introduce la herramienta a
la profundidad deseada para sacar el material y colocarlo en un balde plástico
limpio.
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15 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
El palín se utiliza para hacer un hueco en forma de V con una profundidad de
15 a 20 cm. Después, se realiza un corte de 3 cm de espesor en una de las
paredes; de esta, se separa un trozo de suelo 5 cm de ancho a lo largo del corte y
se eliminan los bordes laterales con ayuda de una espátula o cuchillo; este
fragmento se coloca en el balde, en donde se mezclará con las otras
submuestras.
También, se puede usar el barreno; este se introduce en el suelo hasta obtener
una submuestra representativa de 20 cm (figura 3). Cuando se requiere conocer
la profundidad efectiva, los horizontes u otros rasgos edafológicos, se coloca el
barreno en el mismo punto de muestreo, a 20 cm, luego a los 40, 60, 80 cm y,
hasta más de 1 m, según el propósito del estudio. Cada submuestra obtenida del
mismo punto se coloca en orden una tras de otra sobre una superficie del
terreno para realizar un diagnóstico o caracterización cualitativa del posible
perfil del suelo.
Figura 3. Toma de muestras con el barreno
Las herramientas deben limpiarse después de tomar cada submuestra.
16 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Para un estudio similar al anterior, la práctica del barreno se puede sustituir por
el estudio del perfil del suelo mediante la apertura de una calicata (figura 4),
donde se pueden analizar con mayor detalle los horizontes y rasgos
edafológicos.
Figura 3. Apertura de calicata
Fuente: Wagner Peña
Profundidad de muestreo
La profundidad del suelo en la cual se toma la submuestra es variable y está
definida por el tipo de cultivo predominante. Cuando se trabaja en áreas con
cultivos agrícolas, se recomienda una profundidad de 20 cm, pues se asocia con
la mayor concentración de raíces y actividad biológica en el suelo. En oposición,
17 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
los terrenos cubiertos por pastos presentan raíces hasta una distancia de 10 cm
desde la superficie.
En terrenos con especies frutales, cultivos agrícolas perennes, como el café, el
cacao y las plantaciones forestales, se sugiere recolectar muestras en la mitad de
la gotera del árbol, la cual corresponde a la sombra proyectada por el árbol a
mediodía. En este caso, la perforación se realiza en dos segmentos: una de 0 a 20
cm y otra de 20 a 40 cm. Cuando los propósitos del estudio se basan en la
fertilidad del suelo, solamente se considera la muestra superficial.
Después de obtener todas las submuestras en cada lote, deben mezclarse en el
balde hasta lograr un producto homogéneo, luego se extiende el material en una
bolsa plástica sobre el suelo. Inmediatamente, se extraen piedras, raíces gruesas
y fauna edáfica, entre otros componentes; se desmenuzan con las manos los
fragmentos grandes del suelo, con el fin de obtener una mezcla uniforme.
Seguidamente, se aplica la técnica del cuarteo para separar la muestra
representativa. Este método consiste en dividir el suelo homogenizado en cuatro
partes semejantes en tamaño y se eliminan los cuartos opuestos (figura 4). A
continuación, estos se combinan, nuevamente, para repetir el procedimiento; se
estima una masa final cercana a ½ kg, la cual se empaca en una bolsa de plástico
limpia y se identifica con un nombre o código definido por el investigador. De
esta forma, se obtiene la muestra compuesta, representativa del área de estudio,
así, podrá ser enviada al laboratorio en un período no mayor a dos días después
de realizado el muestreo.
No es conveniente utilizar recipientes de metal, sacos o bolsas donde se hayan empacado productos químicos, fertilizantes, cal, plaguicidas, abonos orgánicos o alimentos, entre otros, debido a la posibilidad de contaminar la muestra y alterar los resultados del análisis edáfico.
El lote corresponde a la unidad de muestreo; son superficies homogéneas, definidas por el color, la textura, la pendiente del terreno, el material parental, el uso, las prácticas de manejo, el tipo de suelo y los cultivos o vegetación, entre otros aspectos.
18 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
A) Submuestras
homogenizadas
B) Separación de la
submuestra en cuatro partes
iguales
C) Eliminación de dos cuartos
opuestos
Figura 4. Método del cuarteo para el tratamiento de muestras representativas
Durante este muestreo, se pueden recolectar otras porciones de suelo para
analizar la conductividad hidráulica y la densidad. Sin embargo, el método de
extracción del suelo es diferente porque utiliza un cilindro muestreador (figura
5), con el fin de no alterar la estructura física de la submuestra. Esta se deja
dentro del cilindro al empacarse en las bolsas de plástico.
A) Cilindro muestreador B) Muestra obtenida con el cilindro
Figura 5. Cilindro muestreador para análisis de conductividad hidráulica y densidad del suelo
Fuente: Wagner Peña
19 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
Toda muestra de suelo puede mantenerse a temperatura ambiente, sin
exponerse al sol y si se encuentra muy húmeda, se seca a la sombra. Para
algunos análisis biológicos, es deseable conservar la muestra en refrigeración
(de 4 a 10°C), lo cual representa un punto crítico para algunos análisis; en este
caso, las muestras deben colocarse en bolsas plásticas, sellarse herméticamente y
refrigerarse tan pronto como sea posible.
Tamaño de las áreas de muestreo
Si el terreno en el cual se trabajará es muy uniforme, con respecto al relieve, se
consideran los siguientes lineamientos. Si los cultivos son de tipo intensivo
(hortalizas y ornamentales), la muestra compuesta puede representar áreas
menores a 2 ha; para cultivos extensivos (arroz, banano, pastos), de 5 a 10 ha; si
se trata de suelos homogéneos, con respecto al manejo, y sin programas de
fertilización, la muestra compuesta abarcaría desde 10 hasta 20 ha (cuadro 1).
Cuadro 1
TAMAÑO DEL ÁREA DE MUESTREO SEGÚN USO DEL SUELO
Uso del suelo Descripción Área de muestreo (ha)
Cultivos intensivos Hortalizas y ornamentales < 2
Cultivos extensivos Arroz, banano, pastos 5 a 10
Suelos homogéneos Sin programas de fertilización 10 a 20
20 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Época de muestreo
Desde el punto de vista práctico, se recomienda colectar las muestras de suelo
uno o dos meses antes de la siembra, correspondiente al tiempo necesario para
enviar la muestra al laboratorio, obtener los resultados del análisis, e interpretar
y dar las recomendaciones de manejo, como el encalado, programa de
fertilización o aplicación de abonos.
Si se trata de sitios sometidos a cultivos perennes, el muestreo puede hacerse
cada dos años en la época de floración, uno a dos meses antes de la cosecha. En
pastos establecidos, es suficiente muestrear cada dos años, luego del pastoreo.
Para cultivos altamente tecnificados (flores, hortalizas), la frecuencia de
muestreo puede ser más intensa.
Tratamiento de las muestras
Previo al tratamiento de las muestras, y en menos de 24 horas a partir del
muestreo en campo, debe medirse la masa en húmedo y colocar el resto del
Lugares donde no se debe muestrear
Sectores donde se han acumulado residuos vegetales.
Puntos donde se observan excretas animales.
Cerca de acequias, drenes o sectores inundados.
Cerca de la entrada a potreros o de construcciones.
21 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
material en el horno o estufa (por más de 48 horas) con el fin de deshidratarla
hasta obtener peso constante.
Cuando se trata de muestras para análisis microbiológicos, se deben transportar
en un recipiente con hielo para su conservación, al llegar al laboratorio se
tamizan en húmedo con una criba de 400 μm y los residuos, nuevamente, se
almacenan en frío hasta ser analizados.
Secado
Las muestras enviadas al laboratorio presentan diferentes contenidos de
humedad, lo cual influye en las concentraciones químicas de los nutrientes y en
el contenido de materia orgánica del suelo; por esta razón, es mejor entregar
muestras secas.
Los resultados de la mayoría de los análisis se basan en el peso del suelo seco a
temperatura ambiente. En el caso de investigaciones de gran precisión, se
efectúan con muestras secadas en estufa a 105 °C.
No se recomienda secar la muestras de suelo en hornos caseros o exponerlas,
directamente, a los rayos solares, por los cambios provocados en las
concentraciones de algunos nutrientes, como N, P y S mineralizables.
El secado de las muestras se realiza en superficies planas, se deposita el material
sobre un papel absorbente o secante libre de tinta soluble. También, se utilizan
Una criba es un tamiz o colador, el cual consiste de una lámina perforada o tela sujetada a un aro. Se utiliza para separar sólidos de distintos tamaños.
Para algunos análisis, es necesario secar la muestra entre 40 a 60 °C, durante 48 horas, para evitar alteraciones en la composición mineral.
22 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
bandejas de plástico, aluminio u otro tipo material, forradas con papel
absorbente.
Cuando la muestra tiene agregados grandes, estos se desmenuzan con la mano,
para acelerar el proceso de secado. La pérdida de humedad se facilita si se
mezclan las muestras al menos dos veces al día y se cambia el papel cuando se
observe acumulación de humedad. Puede utilizarse un ventilador sobre las
muestras para acelerar el proceso de secado; una vez lista, se muele (puede
utilizarse un mortero) y tamiza con una de criba de 400 o 200 μm de apertura de
malla.
Molido
Este procedimiento desintegra los agregados de mayor tamaño, hasta lograr un
tamaño de fragmentos capaces de atravesar el tamiz ASTM número 10, el cual
posee una malla de 2 mm.
Si no se dispone de un molino de suelos, puede golpear ligeramente los
agregados con un mazo o un rodillo de madera y, así, lograr los propósitos
deseados.
Se debe evitar un molido excesivo de la muestra, pues podría generar porciones
de materiales orgánicos y minerales gruesos inadecuados, los cuales originan
resultados alterados. Igualmente, no es conveniente usar un mortero de
porcelana, porque puede afectar el contenido de calcio en la muestra.
El uso de ventiladores representa un aumento en el costo de operación.
23 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
Tamizado
Las partículas minerales con un diámetro menor a 2 mm son de relevancia
agronómica, al ser en estas donde se verifica la totalidad de los procesos físicos y
químicos acontecidos en el suelo; por ello, las muestras deben colar a través de
un tamiz con malla de 2 mm de diámetro (ASTM #10), antes de analizarlas. Si se
quiere determinar la cantidad de materia orgánica, se emplea un tamiz de 0,5
mm de abertura de malla.
Etiquetado
Después de secar, tamizar y homogenizar la muestra, se coloca en bolsas limpias
de plástico, cajas de cartón o frascos de vidrio y se etiquetan. Se debe evitar el
contacto directo de los distintivos con la muestra, así como con el agua, los
diluyentes o cualquier otra sustancia capaz de alterar su contenido, el cual
pertenece a un código, característico del sitio de muestreo.
En la etiqueta de la muestra se deben colocar los siguientes datos:
Código de identificación de la
muestra. Propósito del muestreo.
Localidad del sitio de muestreo. Ubicación del sitio de colecta.
Fecha de muestreo. Profundidad de muestreo.
Cultivo. Nombre de quien realiza el
muestreo.
24 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Esta información puede colocarse de la siguiente manera:
Información de la muestra de suelo Código:
Recolector: Fecha:
Localidad: Profundidad:
Sitio de colecta:
Cultivos:
Propósito:
La etiqueta debe contener datos escritos de forma clara y ordenada, debe
colocarse en un lugar visible, con el fin de permitir la identificación posterior.
Igualmente, se sujiere llevar un registro con la información completa de la
muestra; como por ejemplo, en una bitácora.
Almacenamiento
La mayor parte de las muestras se almacenan secadas al aire o a 40 °C, en
especial, si el propósito de estudio son las características físicas y químicas,
significativamente, invariables a través del tiempo, pero no es recomendado
cuando se trata de análisis bioquímicos o microbiológicos, debido a la inminente
destrucción del secado sobre una parte importante de la población microbiana.
Las muestras destinadas para análisis microbiológico deben ser mantenidas en
temperaturas bajas (entre 4 °C a -20 °C) dentro de bolsas plásticas
25 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
herméticamente selladas; la temperatura de refrigeración deberá mantenerse
hasta el análisis, el cual debe realizarse de forma inmediata.
Un almacenamiento inadecuado de las muestras puede afectar negativamente a
las comunidades microbianas, disminuyendo su tamaño y actividad, razón por
la cual lo ideal es procesar cuanto antes la muestra de suelo fresco.
Las muestras secadas en el laboratorio de suelos con frecuencia se almacenan
hasta por tres meses luego del muestreo. Una vez realizados los análisis y
presentación de resultados, las muestras pueden ser desechadas si ya no
representan un objeto de estudio y el espacio para el almacenamiento es
reducido.
Las bolsas de plástico son susceptibles a desintegrarse con el tiempo debido a la
constante manipulación, lo cual puede representar la pérdida y contaminación
de la muestra. Por esta razón, es mejor almacenar las muestras en frascos de
vidrio de boca ancha con tapa de rosca, o bien en cajas de cartón, siempre,
provistas de etiquetas interiores y exteriores.
Por último, se recomienda conservar al menos 0,5 kg de la muestra
representativa estudiada, en caso de necesitar otros análisis o para verificar
alguna información.
26 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Análisis de caracterización de la muestra
La muestra enviada al laboratorio se emplea para caracterizarla químicamente,
con el fin de definir la concentración de diferentes nutrientes. Por consiguiente,
se utilizan soluciones específicas capaces de extraer elementos como P, Ca, Mg,
K, Fe, Cu, Mn, Zn.
También, se detecta la acidez activa, así como la de reserva, mediante el
indicador de pH y materia orgánica. Se estima la necesidad de cal, se valora la
acidez intercambiable en el suelo. Por otra parte, la caracterización física incluye
datos correspondientes a la textura del suelo y los contenidos de humedad
expresados en base a peso (humedad gravimétrica) y al volumen (humedad
volumétrica).
Objetivos
Aplicar técnicas para seleccionar los sitios de muestreo.
Distinguir las herramientas empleadas en el muestreo de suelos.
Explicar el procedimiento para la colecta de muestras de suelo.
27 Práctica 1. Toma de muestras de suelo en el campo
Materiales y métodos
Machete Cuchillo
Un balde limpio Palín
Bolsas plástica Etiquetas y cinta adhesiva
Barreno de tubo Marcadores indelebles
Barreno holandés Lápiz y libreta
Procedimiento
Durante la gira de campo, se ubicarán las unidades de muestreo. Elaborare su
correspondiente croquis o mapa con la respectiva ubicación de los sitios donde
se tomarán las submuestras con barreno, palín y cilindro muestreador. Siga el
proceso correcto para manipular los materiales, según la descripción anterior.
Recuerde hacer todas las anotaciones pertinentes.
Las muestras deben rotularse y empacarse adecuadamente. Se transportarán
hasta el laboratorio en donde un encargado realizará la medición del peso en
húmedo, se colocarán algunas muestras para el secado en aire y otras en la
estufa. Posteriormente, los estudiantes tendrán los datos pertinentes a estas
muestras.
28 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Guía para el análisis de los resultados
¿Cómo se seleccionaron las unidades de muestreo?
¿Por qué la textura del suelo influye en el tipo de herramienta
seleccionada para el muestreo?
Describa las características de una submuestra o muestra simple.
¿Qué se entiende por muestreo sistemático?
¿Qué diferencias existen en la profundidad de muestreo en un pastizal
con respecto a un cafetal? Explique.
Explique la relevancia de la información colocada en las etiquetas de las
muestras.
Refiérase a las normas correctas para almacenar y conservar las muestras
de suelo.
29 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
Práctica 2
Textura del suelo, rocas y
minerales
Sumario
Técnicas para el pesaje de muestras de suelo
Determinación de la textura del suelo
Métodos utilizados en el análisis mecánico del suelo
¿Cómo se obtienen los valores para los componentes edáficos de la muestra?
Clases texturales
Rocas y minerales
Introducción
La búsqueda de conocimiento a través de la investigación constituye un
procedimiento reflexivo y sistemático con el cual se obtienen datos a partir de un
objetivo preestablecido; su interpretación permite descubrir nuevos hechos en
cualquier campo del conocimiento humano. Al finalizar la investigación, se genera
un informe, en el cual se describen los pasos del método científico para lograr la
resolución de un problema.
30 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Mediante procedimientos estadísticos, se puede organizar, evaluar, interpretar y
comunicar la información; seguidamente, se darán a conocer algunos parámetros
estadísticos para manipular los datos numéricos obtenidos en el análisis de las
muestras de suelo.
Técnicas para el pesaje de muestras de suelo
Los parámetros físicos y químicos de una muestra de suelo se fijan con diferentes
procedimientos en el laboratorio a fin de obtener valores numéricos e
interpretarlos, según los objetivos de la investigación.
Al llegar al laboratorio, uno de los primeros pasos para trabajar con muestras, es la
determinación de la masa, para ello, se emplean las balanzas, especialmente las de
tipo digital.
Determinación de la textura del suelo
Los componentes minerales del suelo
Los componentes minerales del suelo se derivan de la desintegración de la roca
parental a causa del intemperismo físico, químico y bioquímico; esto, aporta entre
el 90 a 95% de la fase sólida del suelo y corresponde a partículas de diferentes
tamaños, las cuales se clasifican en dos grupos: las partículas no edáficas y las
edáficas.
31 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
Las partículas no edáficas son fragmentos rocosos con diámetro superior a los 2
mm con un límite superior, el cual varía entre 15 y 20 cm y comprenden la piedra
grava y cascajo. Además, poseen fragmentos de roca sin alterar o ligeramente
alterados en la superficie.
Las partículas edáficas incluyen un conjunto de fracciones granulométricas,
teóricamente esféricas, cuyos diámetros son inferiores a los 2 mm, lo cual les
confiere características particulares; se catalogan como arenas, limos y arcillas.
Análisis mecánico y textura del suelo
La textura del suelo corresponde a la composición granulométrica,
específicamente, las cantidades relativas, en porcentaje, de las diferentes
fracciones o separados (arenas, limos y arcillas) constituyentes del suelo.
Clases texturales
El conocimiento de la granulometría es básico en estudios de suelos (elementos
formadores de suelos, procesos de formación de suelos, grado de evolución,
clasificación de suelos, evaluación de suelos, erosión, contaminación). Para ordenar
en clases los constituyentes del suelo, según su tamaño de partícula, se han
aceptado dos escalas granulométricas ampliamente utilizadas: la de Atterberg o
internacional, aceptada por la ISSS (nombre en inglés para la Sociedad
Internacional de las Ciencias del Suelo) y la americana del USDA (siglas en inglés
del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos).
Mediante el análisis granulométrico se separan las partículas edáficas en el laboratorio según su tamaño.
32 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
La mayoría de las propiedades físicas, químicas y fisicoquímicas (porosidad,
estructura, aireación, permeabilidad, retención de agua, color, consistencia,
capacidad de intercambio, reserva de nutrientes, entre otras) están influenciadas
por la granulometría.
Textura al tacto
Este parámetro cualitativo se puede realizar en el campo y consiste en tomar una
porción de la muestra y se humedece con agua; con ayuda de los dedos, se
detectan las características (como la plasticidad o la aspereza) y se determina si es
de textura arcillosa o arenosa. Sin embargo, se requiere experiencia para tener una
mayor aproximación al resultado correcto. En el cuadro 2, se muestran
descripciones de las texturas.
Para identificar la textura del suelo, es indispensable colocar la muestra en un
tamiz ASTM #10, el cual retiene la materia orgánica (hojarasca y raíces) y las
partículas no edáficas (grava y piedra) en el tamiz o criba.
Las partículas minerales edáficas capaces de atravesar el tamiz se encuentran
unidas en forma de agregados o peds; por esta razón, estos últimos se deben
destruir para separar las partículas individualmente. Así, antes de extraer las
diferentes fracciones o separados, se requiere una fase previa de elaboración de la
muestra.
33 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
Cuadro 2
TEXTURAS DEL SUELO
Textura Característica al tacto
Arenosa
Áspera y abrasiva, las partículas individuales pueden ser observadas. Al frotar
la muestra al oído, se escucha el sonido de los granos. En estado seco, no
tiene brillo ni cohesión: En húmedo, produce un molde fácilmente
disgregable, pero no forma una cinta que se pueda doblar.
Franco arenosa
Áspera y abrasiva. En seco, por la influencia del limo y la arcilla, produce un
molde que se desmenuza. En estado húmedo, el molde persiste si se manipula
con cuidado.
Franca
Posee una mezcla relativamente uniforme de los separados texturales. Se
siente áspero, suave y ligeramente plástico. En seco, mantiene el molde si se
manipula con cuidado. En húmedo se forma un molde fácil de manipular.
Franco limosa
Posee una cantidad moderada de partículas de arena, una cantidad reducida
de arcilla y más de la mitad de las partículas de limo. En seco, tiene apariencia
de terrones fáciles de desintegrar. En seco y en húmedo, los moldes se
mantienen formados, pero al presionar un trozo entre el pulgar y el resto de
los dedos, no originan una cinta continua.
Limosa En seco, tiene una apariencia de polvo (talco). En estado húmedo, no presenta
pegajosidad ni plasticidad. No retiene humedad por períodos prolongados.
Franco arcillosa
En seco, se rompe en terrones duros. En húmedo, al oprimirse entre el pulgar
y el resto de los dedos, crea una cinta fácil de quebrar; además, es plástico y
es posible manipularla para obtener una masa compacta.
Arcillosa Tiene brillo. En estado seco, forma terrones duros. En húmedo, es muy
plástica, pegajosa y es posible elaborar una cinta larga y flexible.
El primer paso consiste en eliminar los agentes cementantes, entre los cuales se
puede mencionar como carbonato de calcio, materia orgánica y óxidos e
hidróxidos de hierro y aluminio, los cuales coadyuvan en la formación de
agregados. La materia orgánica se separa a través de la oxidación con peróxido de
hidrógeno. Los carbonatos de calcio y los compuestos de hierro se disuelven con
34 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
ácido clorhídrico. La dispersión de las partículas de arcilla se logra en un medio
acuoso, con agitación mecánica y con un agente dispersante, como por ejemplo, el
hexametafosfato de sodio.
La función de esta sustancia es reemplazar los cationes bivalentes y trivalentes,
adsorbidos en la superficie de las arcillas, por sodio (Na+), elemento con menor
radio iónico y mayor agua de hidratación. Este, incrementa el potencial
electrocinético de la mezcla, lo cual favorece la repulsión entre las partículas
minerales de la arcilla, de esto depende el éxito en el establecimiento de la textura.
Una dispersión química ineficiente, se reflejaría en una floculación de las arcillas;
por lo tanto, se estaría subestimando, el contenido real de arcilla en la muestra.
A causa de la diversidad de agentes cementantes en el suelo, se trabaja con una
combinación de diferentes tratamientos.
Métodos para el análisis mecánico del suelo
Análisis con tamiz
Este método consiste en pasar la muestra dispersada por un conjunto de tamices
con mallas de diferentes aberturas, colocadas en orden decreciente, lo cual define
la selección de un diámetro específico de partículas. La extracción final (proceso de
separar y cuantificar) de las fracciones se ejecuta para las arenas gruesas, con el fin
de apartar las de textura fina.
35 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
Este método presenta el inconveniente de ser muy lento; además, no se puede
separar el limo y la arcilla. No es factible utilizarlo con muestras de suelo seco, por
la dificultad de romper los agregados de menor tamaño. Cuando se utiliza con
muestras en agua, sin un agente dispersante, se promueve la obstrucción de los
tamices más finos con los agregados.
Ecuación de sedimentación
Este método distribuye el tamaño de las partículas de una muestra de suelo según
el principio de sedimentación conocido como la ley de Stokes: las partículas
minerales en una mezcla acuosa tienden a sedimentar con distinta velocidad; esto
depende del área superficial, definida como la suma de las áreas de la superficie
interna y externa de las partículas minerales del suelo, por unidad de masa
(expresada en cm2/g).
En términos generales, la velocidad de sedimentación de una partícula esférica, en
un líquido de cierta densidad y bajo la influencia de la fuerza gravitacional, será
directamente proporcional al cuadrado del radio de dicha partícula, e inverso a la
viscosidad del líquido. Se representa con la siguiente fórmula:
V = 2
9
g r2 (Dp ‐ Da)
η∙
36 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Donde:
V = velocidad de sedimentación de la partícula (cm/s)
g = aceleración de la gravedad (cm/s2)
r = radio de la partícula esférica (cm)
Dp = densidad de partículas (g/cm3)
Da = densidad del líquido (g/cm3)
η= coeficiente de viscosidad del agua (g/cm·s; o poises)
De acuerdo con la ley de Stokes, la sedimentación de partículas en suspensión está
definida por su tamaño: entre mayor sea su diámetro, así será la velocidad de
sedimentación. También, influye la viscosidad del agua: cuanto menor sea, la
velocidad de sedimentación se incrementa.
El método consiste en dispersar, físicamente, las partículas minerales del suelo en
un medio acuoso, para lo cual se utiliza un agente dispersante y luego se mide,
indirectamente, el porcentaje de cada fracción. El procedimiento puede llevarse a
cabo mediante el uso de una pipeta o el hidrómetro de Bouyoucos (densímetro).
Cuando los agregados del suelo se han dispersado, se efectúa la separación de las
partículas de arena, limo y arcilla.
Las partículas de arena sedimentan rápidamente, a causa de su baja superficie
específica; sin embargo, las partículas de arcilla sedimentan más despacio por su
mayor área superficial.
Esta propiedad de las arcillas es responsable de la adsorción de nutrientes en el suelo gracias a las interacciones entre sólido y fluido.
37 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
La ley de Stokes se cumple, entre otras circunstancias, cuando ocurren las
siguientes situaciones:
No debe existir interferencia entre partículas vecinas. La resistencia a la
caída en la suspensión debe estar definida, únicamente, por la viscosidad del
líquido.
Las partículas deben ser lo suficientemente grandes para evitar los efectos
del movimiento Browniano.
Las partículas deben ser esféricas y presentar densidades iguales.
El cilindro donde se efectúa la sedimentación tendrá un diámetro lo
suficientemente grande, como para no atraer las partículas con sus bordes.
Método de la pipeta
El método consiste en aplicar un agente dispersante a las partículas minerales del
suelo en un medio acuoso. Luego de dispersar la muestra de suelo, en 200 ml de
agua destilada, se pasa por un tamiz 0,047 mm (300 mesh), para separar las
partículas de arena, estas se secan en una estufa y se expresan en porcentaje,
después se fraccionan por tamaño a través de una serie de tamices (1,0; 0,5; 0,25;
0,105 y 0,047 mm), separándolas en las fracciones de arena muy gruesa, gruesa,
media, fina y muy fina, respectivamente.
El
movimiento
Browniano
corresponde
al efectuado
por es el
algunas
partículas
microscópica
s que se
hallan en un
medio fluido.
38 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
La mezcla contiene limo y arcilla, se le añade agua hasta a un volumen final de
1000 ml. Para medir la concentración de partículas en suspensión, se utiliza una
pipeta de 25 ml con la cual se toma una muestra a una profundidad establecida de
acuerdo con la temperatura y el tiempo de medida (entre cuatro horas y media a
seis horas y media). Es elemental mantener una velocidad uniforme al llenar la
pipeta para evitar fuentes de error en la determinación.
La cantidad de sólido en el volumen tomado con la pipeta, se determina al
evaporar el agua, secar y pesar el residuo, el cual pertenece a la fracción arcilla 25
ml de suspensión, los datos se extrapolan a 1000 m y se expresan en porcentaje. El
limo se obtiene de la diferencia del 100 % con respecto a la suma de la arena y la
arcilla en porcentaje.
Método hidrómetro de Bouyoucos
Con este procedimiento se indica la concentración de sólidos en suspensión, para
lo cual se utiliza un densímetro llamado hidrómetro de Bouyoucos, con
diferentes tiempos de lectura.
La concentración de partículas en suspensión se obtiene a través de la lectura
indicada a los cuarenta segundos y otra a las dos horas.
El hidrómetro estandarizado para este análisis es el ASTM-152H, el cual se
calibró para las siguientes condiciones analíticas:
Al incrementar la temperatura, la viscosidad del agua disminuye y, por tanto, aumenta la velocidad de sedimentación de las partículas minerales en suspensión.
39 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
Temperatura: 19,4 ºC.
Densidad de partículas: 2,65 g/cm-3.
El agua pura es el medio de suspensión; la densidad del agua es 1,0 g/cm-3.
La viscosidad del agua es 0,01 g/cm·s.
En el cuadro 3 se presenta una comparación entre cada uno de estos métodos.
Cuadro 3
COMPARACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES MÉTODOS PARA DETERMINAR LA TEXTURA DEL SUELO
Método Ventajas Desventajas
Pipeta
Es más exacto para medir la concentración de
partículas en suspensión. Se obtienen
lecturas puntuales, se obtienen directamente
la cantidad de partículas presentes. Es útil en
la estimación precisa del contenido de arcilla
de los horizontes genéticos de un suelo
La distribución de las
partículas, según su tamaño,
no es completamente real
Hidrómetro
de Bouyoucos
Es muy rápido, no requiere pretratamiento
de la muestra ni largos periodos de reposo.
Poco preciso
método calibrado
el densímetro da una lectura
promedio de la concentración
de partículas de toda la
suspensión
40 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
¿Cómo se obtienen los valores para los componentes edáficos de la muestra?
El hidrómetro de Bouyoucos está calibrado a una temperatura de 19,4 °C. Como la
densidad del agua varía con la temperatura, es necesario corregir las lecturas de
acuerdo a la siguiente regla:
Se añade 0,36 unidades a la lectura por cada grado superior a los 19,4 °C.
Se le resta 0,36 unidades a la lectura por cada grado inferior a los 19,4 °C.
Con las lecturas del hidrómetro corregidas, se calculan los valores para la cantidad
de partículas en la muestra. Las fórmulas, para cada caso, se encuentran en el
siguiente cuadro 4.
Cuadro 4
FÓRMULAS MATEMÁTICAS PARA EL CÁLCULO DE LOS VALORES DE LAS PARTÍCULAS EDÁFICAS
Porcentaje Fórmula
Material en suspensión =
Arena = 100 ‐ % material en suspensión
Arcilla =
Limo = 100 – (% arena + % arcilla)
Luego de calcular los porcentajes de las tres fracciones o separados del suelo, se
comparan los valores obtenidos con los del triángulo de texturas (figura 6) para,
Peso muestra
lectura corregida del hidrómetro 40 s x 100
Peso muestra
lectura corregida del hidrómetro 2 horas x 100
41 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
así, definir la clasificación de la muestra. Se prescinde, por lo tanto, del contenido
de gravas, de acuerdo con el concepto de tierra fina.
Figura 6. Triángulo de las texturas del suelo
Clases texturales
Se definen de una manera gráfica, por medio de los valores de las
fracciones de arena, limo y arcilla de la muestra analizada en el
laboratorio. El triángulo de texturas comprende doce clases
texturales establecidas, las cuales suelen asociarse en cuatro grupos
principales, según exista un componente dominante o una
proporción adecuada de todos ellos.
Secuencia para definir la clase textural
42 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
En cada lado del triángulo, se encuentran los valores porcentuales para arcilla,
limo y arena. Se lee en el sentido de las manecillas del reloj; los vértices
corresponden al 100% del valor para uno de los componentes.
El tipo de textura se establece al tomar el valor porcentual de arena y se traza una
línea paralela al limo, y la de arcilla se corresponde con una línea paralela a la
arena. La intersección de las líneas origina el nombre de la clase textural; el limo es
función de las dos primeras, por cuanto la suma de los tres componentes es cien.
Por ejemplo, en un suelo que contiene un 30% de arena, 35% de limo y 35% de
arcilla, la clase textural es la franco arcillosa; este resultado se obtuvo al tomar el
valor de la arena (30%) y trazar una línea paralela al limo; después, con el valor de
la arcilla (35%) se traza la línea paralela a la arena.
Una textura se considera adecuada cuando es óptima para el desarrollo vegetal. Es
una característica específica de cada horizonte, según las variaciones entre estos.
De esta forma, es más apropiado referirse a una textura de un horizonte y no del
suelo en su conjunto.
Las tierras finas son las fracciones de arena, limo y arcilla del suelo.
La intersección de las dos líneas define el nombre de la clase textural; la
sumatoria de los valores de cada parámetro es igual a cien.
43 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
Fuentes de error
Determinar incorrectamente de la masa de la muestra de suelo.
Usar una muestra de suelo sin estar, en su totalidad, seca.
Ejecutar la dispersión mecánica en un tiempo menor al indicado.
Efectuar una dispersión química incompleta durante el proceso de
sedimentación, lo cual favorece la floculación de las partículas de arcilla.
Mostrar alto contenido de materia orgánica.
Presentar óxidos de hierro en muestras de suelos altamente meteorizados.
Detectar restos de la muestra en el vaso de agitación al momento de
trasvasarla al cilindro de sedimentación.
Aforar incorrectamente el cilindro de sedimentación con el hidrómetro en su
interior.
Tomar la lectura del hidrómetro de Bouyoucos en un horario diferente al
indicado y en la toma de la temperatura.
Presentar espuma, pues dificulta la lectura del hidrómetro y de la
temperatura.
44 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Efectuar cálculos equivocados y utilizar incorrectamente el triángulo de
texturas.
Rocas y minerales
Un suelo está compuesto de tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La primera, es
muy heterogénea, está formada por constituyentes minerales y orgánicos; los
minerales representan, aproximadamente, entre el 90 al 99 % del suelo, lo restante
corresponde a la fracción orgánica.
A través de procesos de intemperización de la roca parental, se origina la fracción
mineral de un suelo, la cual representa casi un 45% de su volumen total.
Conociendo la composición química y mineralógica de la roca parental, se pueden
establecer criterios respecto a propiedades de los suelos originados a partir de una
roca en particular. Por ende, la roca parental define tanto propiedades físicas como
químicas del suelo las cuales incluyen textura, estructura, color, permeabilidad,
capacidad de retención de agua, susceptibilidad del suelo a la erosión, intercambio
iónico, fertilidad y salinidad.
Desde el punto de vista agrícola, los minerales del suelo son importantes como
fuente de nutrimentos. La clasificación química de los minerales comprende ocho
categorías:
45 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
Elementos nativos
Sulfuros y sulfosales
Halogenuros o haluros
Óxidos e hidróxidos
Boratos, nitratos y carbonatos
Sulfatos, cromatos, volframatos y molibdatos
Fosfatos, arseniatos y vanadatos
Silicatos
Se conocen más de 2000 minerales, de los cuales cerca de 50 son esenciales y un
número menor va a ser trascendental en las propiedades y características de los
suelos a los que las rocas dan lugar.
Las rocas se clasifican en tres grandes grupos en función de su origen como
sedimentarias, ígneas y metamórficas.
Rocas ígneas o magmáticas
Están formadas a partir del enfriamiento y consolidación del magma o material
natural fundido y se dividen en las siguientes clases, de acuerdo con el sitio donde
se fijaron:
Rocas volcánicas o extrusivas: originadas en la superficie terrestre o cerca de
ella debido al rápido enfriamiento del magma; durante este proceso, los
iones de los minerales no pueden organizarse en cristales grandes, por lo
cual las rocas volcánicas son de grano fino.
46 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Rocas hipabisales o filonianas: formadas a profundidades intermedias
gracias al desplazamiento de masas de magma, y por haberse enfriado más
rápido; presentan cristales grandes englobados en una masa de
microcristales.
Rocas plutónicas o intrusivas: creadas a gran profundidad en condiciones de
alta presión y temperatura, la cual descendió despacio y sin pérdida de
gases magmáticos; esto permitió la producción de cristales grandes (se
distinguen a simple vista) y, por lo tanto, son rocas de grano grueso.
Rocas sedimentarias
Estas rocas proviene de fenómenos como la alteración, el transporte, la
sedimentación y la consolidación de cualquier otro tipo de roca en la superficie
terrestre, en condiciones subaéreas o subacuáticas, en procesos a baja temperatura.
Rocas metamórficas
Este tipo de roca se origina en el interior de la corteza terrestre como resultado de
una profunda modificación de rocas preexistentes (ígneas, sedimentarias o
metamórficas) y gracias a la acción de presión y temperatura alta pero sin cambiar
a un estado diferente al sólido.
47 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
Objetivos
Explicar la trascendencia de las medidas de centralización y dispersión.
Describir los procedimientos aplicados al estudio de las texturas del suelo.
Identificar las distintas texturas del suelo.
Determinar la textura del suelo mediante el uso del hidrómetro de
Bouyoucos.
Relacionar las características de los suelos con el uso correspondiente.
Explicar el proceso de formación de suelos a través de las principales rocas y
minerales.
48 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Materiales y métodos
Balanzas O’Haus Espátulas
Recipientes de latón Vidrios de reloj
Papel de aluminio Papel encerado
Muestras de suelo Batidor o licuadora de suelos
Beakers de 150 ml Alcohol amílico
Termómetro graduado de 0 a 50 °C Estufa a 110 °C
Cronómetro Agua oxigenada (H2O2) al30%
Suelo secado en al aire y tamizado Espátula
Balanza ASTM-152H
Oxalato de sodio e hidróxido de sodio
Hexametafosfato de sodio
Probetas de 10 ml, 50 ml y de 100 ml Hidrómetro
Cilindros de sedimentación Agua destilada
Colección de rocas y minerales Pizeta
Vasos de agitación
Procedimiento
1. Anote el código y otras referencias de su muestra de suelo.
2. Establezca el peso del vidrio de reloj, del papel encerado, del papel de
aluminio o del recipiente de latón con el cual trabajará en esta práctica.
49 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
3. Tome una porción de la muestra de suelo con la espátula y colóquela,
suavemente, sobre el vidrio de reloj, el papel encerado, el papel de aluminio o el
recipiente de latón y anote el valor de la masa. Obtenga la masa de la muestra.
4. De una muestra de suelo secada al aire, tamice 40 g con la malla ASTM #10
(abertura de 2 mm).
5. Coloque la muestra en el vaso de agitación, agregue 200 ml de agua
destilada y 10 ml del agente dispersante, ya sea hexametafosfato de sodio al 5%, o
bien 5 ml de solución de oxalato de sodio y 5 ml de la solución de hidróxido de
sodio.
6. Lleve a la batidora y disperse la muestra durante 15 min.
7. Trasvase el contenido al cilindro de sedimentación. Lave el vaso de
agitación con el agua destilada contenida en la pizeta, a fin de pasar la totalidad
del material.
8. Agregue agua hasta, aproximadamente, 15 cm bajo la marca de aforo del
cilindro de sedimentación.
9. Introduzca el hidrómetro de Bouyoucos en el cilindro de sedimentación,
afore de nuevo y anote los valores de densidad y temperatura.
10. Retire el hidrómetro del cilindro de sedimentación.
50 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
11. Tape el cilindro de sedimentación con la mano y agite vigorosamente por 30
segundos, agregue alcohol amílico para eliminar la espuma.
12. Coloque el cilindro de sedimentación sobre la mesa de trabajo y accione el
cronómetro. De forma simultánea y cuidadosa introduzca, nuevamente, el
hidrómetro de Bouyoucos en el cilindro de sedimentación. Anote lectura de la
densidad de la suspensión 40 s después de haber terminado la agitación manual.
Inmediatamente, tome la temperatura de la suspensión.
13. Anote los datos en la tabla 1 para su comparación.
Tabla 1
DENSIDAD Y TEMPERATURA REPORTADAS PARA UNA MUESTRA DE SUELO
Tiempo (h) Densidad (g cm‐3) Temperatura (ºC)
Seguidamente, deje el cilindro de sedimentación con la mezcla en reposo y, dos
horas después de haber terminado la agitación manual, mida la densidad de la
suspensión y la temperatura, cuide no agitar el contenido.
II parte. Rocas y minerales
1. Reconocer los diferentes tipos de rocas y sus características.
51 Práctica 2. Textura del suelo, rocas y minerales
2. Elaborar un cuadro con la clasificación de las rocas plutónicas según el índice de color, definido por el porcentaje de minerales máficos de la roca.
3. Identificar, según el color de la roca ígnea, ejemplos de minerales máficos (oscuros) y minerales félsicos (claros).
4. Describir los siguientes minerales de interés petrogenético e investigar su importancia agrícola:
Cuarzo Feldespatos (potásico y
plagioclasas)
Mica (muscovita y biotita) Piroxenos
Anfiboles Olivino
Granate Calcita-Dolomita
Caolinita Ilita
Vermiculita Montmorillonita
Hematita Goetita
Gibsita
52 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Guía para análisis de resultados
Aplique las fórmulas desglosadas en el manual de laboratorio.
Obtenga la clasificación de la clase textural correspondiente basado en el
triángulo de texturas.
Explique la importancia del aporte mineral al suelo proveniente de las rocas.
Refiérase al reciclaje de nutrientes.
Investigue algunos de los minerales más importantes para los cultivos y las
soluciones al déficit de estos según el sitio en donde se instale una plantación.
Refiérase a un caso real.
53 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
Práctica 3
Densidad y porosidad
del suelo
Sumario
Densidad del suelo: Aspectos por considerar
Métodos para calcular la densidad aparente del suelo
Densidad de las partículas o densidad real
Porosidad total
Introducción
El suelo es un sistema físico en el cual existen partículas sólidas y espacios porosos;
presenta dos densidades: la aparente y la de partículas o densidad real. Estos
aspectos son esenciales para las prácticas de manejo en suelos agrícolas.
Las relaciones entre las plantas y los componentes del suelo serán cruciales para
obtener éxito en las labores agrícolas. Con esta práctica, se tendrán los
conocimientos básicos para interpretar las características de los suelos y proponer
54 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
medidas de uso para el suelo, con el fin de garantizar su protección y obtener el
mejor provecho de los cultivos.
Densidad del suelo: Aspectos por considerar
Densidad aparente
Una de las propiedades físicas del suelo de mayor interés es la densidad aparente;
se define como la relación entre la masa del suelo seco y su volumen total, es decir,
el ocupado por las partículas sólidas y el espacio poroso.
Este parámetro se emplea para evaluar la calidad del suelo a través del estudio del
estado estructural, el grado de compactación, además, de las condiciones físicas
para el crecimiento y desarrollo de especies vegetales.
La densidad aparente, se establece con un cilindro especial para la toma de
muestras, conocido como cilindro muestreador. De este modo, se evita alterar la
estructura natural del suelo en el momento de tomar la muestra en el campo.
Este tipo de densidad se relaciona con la porosidad del suelo, por lo tanto, al
presentarse alteraciones en la estructura del suelo, cambia la densidad aparente.
Así, cuando se incrementan los valores de este parámetro, aumenta la resistencia
mecánica a la penetración; consecuentemente, disminuye la porosidad del suelo.
Este efecto se manifiesta en una limitación severa en el crecimiento de las raíces, el
cual varía según la textura del suelo y la especie vegetal.
55 Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
Al aumentar la porosidad, se promueven mejores condiciones para la penetración
de raíces y, en consecuencia, hay un buen desarrollo vegetal; además, se favorece
el movimiento del agua y la difusión del aire en el suelo.
La densidad aparente varía proporcionalmente con la profundidad en el perfil del
suelo; cuanto mayor sea ésta, disminuye la materia orgánica, responsable de la
agregación e incremento del volumen total de poros y, por lo tanto, aumenta la
densidad aparente.
La compactación causada por el peso de las capas superiores sobre las inferiores
aumenta con la profundidad gracias a la acumulación de material sólido en los
poros de mayor tamaño, con lo cual disminuye el volumen total de poros
(porosidad total).
La labranza (operaciones de preparación del terreno para la siembra) se relaciona
con un manejo inadecuado del suelo y provoca, a lo largo del tiempo, menor
agregación, así como pérdida de materia orgánica por efecto de la oxidación. Por
consiguiente, disminuye el espacio poroso e incrementa la densidad aparente.
Este parámetro, también, varía con la textura del suelo, es decir, los de texturas
finas (arcillosas) presentan más contenido de materia orgánica y una mejor
agregación, lo cual se refleja en una mayor porosidad y, por lo tanto, menor
densidad aparente.
En los suelos de texturas gruesas (arenosas), la agregación es muy baja, así como el
contenido de materia orgánica; entonces, la densidad aparente es, relativamente
56 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
alta, en comparación con los poros de mayor tamaño de los suelos arenosos
(cuadro 5).
Cuadro 5
VALORES DE DENSIDAD APARENTE (g/cm3) PARA DIFERENTES SUELOS
Suelo Mínimo Medio Máximo
Texturas finas 1,0 1,2‐1,4 1,6
Texturas gruesas 1,2 1,4‐1,6 1,8
Suelos volcánicos ‐ < 0,85 ‐
Suelos compactados ‐ 2,0 ‐
Orgánico ‐ >1 ‐
Con material piroclástico ‐ >0,85 ‐
Fuente: Buckman y Brady (1970)
Aunque la densidad aparente se utiliza como indicador de la calidad estructural y
del volumen total de poros en un suelo, también, se puede usar para el cálculo de
láminas de riego y dosis de aplicación de fertilizante, abonos o enmiendas
químicas (materiales de encalado o yeso), y como parámetro para clasificar suelos
orgánicos y suelos derivados de cenizas volcánicas.
Métodos para calcular la densidad aparente del suelo
Existen varias formas para estimar la densidad aparente del suelo y entre las más
significativas se citan las siguientes:
57 Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
Método con densímetro nuclear
Este aparato posee una fuente radiactiva capaz de emitir rayos gamma, los cuales
interactúan con los electrones de los componentes del suelo; esta actividad es
captada por un instrumento especializado para dar una lectura relativa a la
densidad total o húmeda del suelo.
Método del cono de arena y el del balón de caucho
Estos procedimientos son aplicables a suelos cuyos tamaños de partículas sean
menores a 50 mm y se basan en obtener el peso del suelo húmedo (Psh) de una
muestra tomada de la superficie del terreno y, generalmente, del espesor de la capa
compactada. Luego de calcular el volumen de dicho agujero (Vol exc) de donde se
extrajo la muestra, la densidad del suelo estará dada por la siguiente expresión:
Si se determina luego el contenido de humedad (h) del material extraído, el peso
unitario seco (g seco) se obtendrá de la siguiente ecuación:
(1 + h) ∙ (g/cm3)
ghum g seco =
Principio de Arquímedes:
Un cuerpo sumergido, parcial o totalmente, dentro de un fluido experimenta una
fuerza de empuje de abajo hacia arriba, igual al volumen del fluido desplazado.
Vol exc (g/cm3)
ghum = Psh
58 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Método de la parafina
La densidad aparente en agregados, se determina mediante el principio de
Arquímedes. Consiste en tomar agregados del suelo in situ, cuyo peso se encuentra
en el ámbito de 50 a 100 g; al llegar al laboratorio, se coloca la muestra en la
balanza (peso al aire), luego se recubren con parafina (una sustancia repelente al
agua), se vuelven a pesar, se sumergen en agua o fluido con densidad conocida y
se determina el volumen desplazado.
En el cálculo de la densidad aparente, se consideran las siguientes variables:
Densidad del agua (incluye la temperatura)
Masa del agregado seco al aire y en húmedo
Masa del agregado húmedo con parafina en agua
Masa de la parafina
Humedad de la muestra (%) secada a 105 °C
Densidad de la parafina
La humedad del agregado debe ser similar a la de la capacidad de campo; esto es
necesario dada la tendencia a la contracción de la muestras, lo cual disminuye su
volumen en la medida del secado.
Al cubrir el agregado de suelo con parafina, se mantiene a una temperatura
caliente (60 ºC), con el fin de rellenar los poros en el agregado. De forma contraria, si
se coloca a una temperatura inferior, puede producir burbujas y alterar los
resultados.
59 Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
Para determinar el volumen del agregado parafinado, se anota el volumen
desplazado al sumergirlo en una probeta con agua. También, puede hacerse por
diferencia de masas en el aire y en el agua; para ello, primero se pesa primero al
aire y luego dentro de un líquido de densidad conocida. Se aplica el principio de
Arquímedes para determinar la densidad aparente de los agregados.
Método del cilindro muestreador
Anteriormente, se mencionó la utilidad de los cilindros muestreadores, de
volumen definido, para obtener muestras de suelo sin disturbar. Por lo tanto, la
densidad aparente puede ser calculada con base en la relación peso seco de la
muestra sobre volumen del cilindro (peso por unidad de volumen del suelo no
disturbado).
Una vez extraída la muestra, se coloca en una bolsa plástica para evitar pérdidas
del material, luego se seca en estufa entre 105 a 110 ºC, hasta obtener peso
constante (cerca de 48 horas). Posteriormente, se registra el peso del suelo seco con
el cilindro, la tara del cilindro y el volumen del cilindro (V), el cual se obtiene con
base al radio (r) y la altura (h), por la siguiente fórmula:
V = π · r2 · h
La densidad aparente (DA) se determina con la siguiente fórmula:
DA = Mss
Vol
60 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Donde,
Mss: masa del suelo seco
Vol: volumen del cilindro
En el cálculo de la densidad aparente, se tiene en cuenta el volumen total del suelo,
el cual comprende el de las partículas sólidas, más el del espacio poroso entre los
elementos constituyentes del suelo.
El espacio poroso de los suelos es bastante variable y diferente entre suelos y
horizontes, por esta razón la densidad aparente es un valor con amplios rangos al
comparar suelos.
Densidad de las partículas o densidad real
La densidad de las partículas o densidad real se define como la relación entre la
masa total de sólidos y su volumen, sin considerar el espacio poroso. Se establece
por la composición química y mineralógica de la fase sólida del suelo (ligada a
sus proporciones relativas); por lo tanto, es una función de la densidad de los
constituyentes minerales del suelo.
La colecta de la muestra se debe hacer con cuidado para no alterar la estructura
natural del suelo y se utiliza un cilindro muestreador. Las unidades de medida se
expresan en g/cm3.
Para cálculos
generales,
puede
considerarse
2,65 g/cm3
como el valor
medio de la
densidad de
partículas en
un suelo
mineral.
61 Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
La densidad de partículas representa un valor relativamente constante para la
mayoría de los suelos, donde los valores varían entre 2,60 a 2,75 g/cm3. Estos
estrechos límites se deben a la fracción mineral del suelo, la cual está constituida,
casi en su totalidad, por cuarzo, arcillas y algunos feldespatos, cuyas densidades
se encuentran dentro de esos rangos.
En algunos casos, la presencia de cantidades poco frecuentes de ciertos minerales
pesados, por ejemplo, el elevado contenido de óxidos de hierro o ferro magnésicos,
magnetita, granates y epidota, inciden en densidades de partículas mayores de 2,75
g/cm3.
Caso contrario, si la densidad de partículas es inferior a 2,65 g/cm3, el suelo
podría tener un alto contenido de materia orgánica, la cual, afecta,
significativamente la densidad de las partículas por su menor peso, si se le
compara con un mismo volumen de sólidos minerales. En los horizontes
superficiales de suelos con alto contenido de materia orgánica, ocasionalmente,
registran densidad de partículas cercana a 2,40 g/cm3 (cuadro 6).
La densidad de partículas y aparente del suelo aporta resultados de la porosidad
total del suelo, evaluar la cantidad de sólidos en suspensión y estimar la velocidad
a la cual sedimentan las partículas minerales. Esta información es útil en estudios
sobre la susceptibilidad del suelo a la erosión, realizar análisis mecánicos y en
estudios de conservación de suelos.
La mayoría de
los suelos
minerales
contienen poca
cantidad de
materia
orgánica.
Las unidades
de expresión
de la densidad
de partículas
y aparente del
suelo son
g/cm3 o t/m3.
62 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Cuadro 6
DENSIDAD DE PARTÍCULAS DE DISTINTOS COMPONENTES DE LA FASE SÓLIDA DEL SUELO
Componentes del suelo Densidad de partículas (g/cm3) Rango establecido (g/cm3)
Humus 1,30
Menor a 2,65 Caolinita 2,50
Yeso 2,30
Vidrio volcánico 2,30
Cuarzo 2,65
Cercano a 2,65 Feldespatos 2,60
Calcita 2,70
Limonita 3,70
Mayor a 2,75 Hematita 5,20
Micas 2,90
Piroxenos 3,20
La densidad de partículas se calcula con ayuda de la siguiente fórmula:
Donde,
Dp = densidad de partículas
da = densidad del agua
Ps = peso de picnómetro con el suelo seco
P = peso del picnómetro vacío
Psa = peso del picnómetro con suelo y agua
Pa = peso del picnómetro con agua
da x (Ps ‐ P)
(Ps ‐ P) – (Psa – Pa) Dp =
63 Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
Porosidad total
El porcentaje de espacio poroso existente en el suelo se puede calcular con los
valores obtenidos para la densidad aparente y de partículas, si la expresión de
ambos se da en las mismas unidades de medida. Con la siguiente fórmula, se
obtiene el porcentaje de suelo formado por partículas sólidas:
Mediante la diferencia de sólidos con el volumen total, se obtiene el porcentaje de
espacio poroso. Además, se puede conocer, el contenido del espacio poroso, pero
no las dimensiones de los poros.
En términos generales, los suelos de texturas gruesas presentan un porcentaje de
espacio poroso menor (30 a 50%), comparado con los de texturas finas (40 a 60%);
sin embargo, los suelos orgánicos tienen una porosidad total superior a ambos.
Igualmente, las estructuras finas son más porosas, comparadas con las gruesas.
% de sólidos =DA
DP
% espacio poroso total = (1 ‐ x 100 DA
DP )
Los microporos retienen el agua en los suelos y provocan su
saturación. Los macroporos filtran el agua y son importantes en la
aireación del suelo.
64 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Un suelo se considera ideal cuando el espacio poroso está dividido en porciones
similares de macroporos y microporos. Este suelo presenta características físicas
favorables con respecto al movimiento del agua, la aireación, la retención de
humedad y la permeabilidad.
Como se mencionó antes, la densidad de partículas (DP) presenta pocas
variaciones en los suelos; en consecuencia, la porosidad total guarda una estrecha
relación con los valores de densidad aparente (DA), conforme aumenta, disminuye
la porosidad y viceversa.
Los poros del suelo han sido clasificados por diversos autores según la relación
existente entre el tamaño y la fuerza para retener agua. Son clasificaciones
aproximadas a la realidad, porque el tamaño de los poros se establece a través de
métodos indirectos, a saber: el uso de curvas de retención de agua del suelo.
Además, se usan técnicas en donde no se consideran las variables involucradas en
la transmisión y almacenamiento de agua.
En el cuadro 7, se presenta una clasificación de tamaño de poros conforme a
relaciones suelo-agua.
Cuadro 7
TAMAÑO DE LOS POROS SEGÚN LAS RELACIONES HÍDRICAS EN EL SUELO
Tamaño del poro (μm) Característica del suelo Utilidad de los poros
Mayor a 30 Drenaje rápido
Sí 30 a 10 Drenaje lento
10 a 0,2 Poros de almacenaje
Menor a 0,2 Poros inútiles No
65 Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
Los poros son útiles cuando retienen y almacenan agua, además de permitir su
libre y rápida circulación, con el fin de asegurar una adecuada aireación.
Objetivos
Aplicar las técnicas para la colecta de muestras indisturbadas en el campo.
Determinar la densidad aparente, la densidad de partículas y el espacio
poroso del suelo.
Interpretar los resultados hacia propuestas de uso adecuado del suelo.
Materiales y métodos
Termómetro Pala o palín
Balanza de precisión Cuchillo
Estufa Pizeta
Agua destilada Picnómetros
Bolsas plásticas Espátula
Probeta de 10, 25 y 50 ml Alcohol amílico (C5H11OH)
Agua destilada hervida y
enfriada
66 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Procedimiento
En esta práctica, utilizará el material recolectado en la gira de campo. Se aplicará
el método del cilindro descrito por Coile (1936), el cual consiste en tomar una
muestra en un cilindro de volumen conocido, e incluye los siguientes pasos:
1. Tomar una muestra de suelo en cada uno de los horizontes en donde se va a
detectará la densidad aparente. Utilice un cilindro para la toma de muestras no
alteradas o indisturbadas (figura 7).
A B C
Figura 7. Toma de muestras con el cilindro muestreador
2. Retirar el cilindro de cada uno de los horizontes del suelo en forma cuidadosa,
utilizando una pala o palín (figura 8).
Figura 8. Extracción del cilindro muestreador con el palín
Este procedimiento fue realizado en la práctica de campo, correspondiente al laboratorio #1.
67 Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
3. Luego, nivelar el suelo a la altura del cilindro en ambos extremos, para lo cual se
utiliza un cuchillo o una espátula afilada. Se coloca el cilindro muestreador con el
suelo en una bolsa plástica (figura 9).
A B
Figura 9. Suelo a ras del cilindro en ambos extremos
4. Finalmente, colocar el cilindro con la muestra control en la estufa a 105 °C
durante 48 horas (hasta peso constante).
5. Obtener el peso en seco.
6. Calcular la densidad aparente (DA)
II Parte. Densidad de las partículas
El método del picnómetro es el más común para determinar la densidad de
partículas. Este se basa en el cálculo del volumen de una muestra de suelo en
68 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
forma indirecta, en el cual se mide la masa de una cantidad de agua dentro de un
recipiente (picnómetro) de volumen conocido; además, se anota el valor de la masa
de agua mezclada con la muestra de suelo.
1. Pesar el picnómetro vacío, limpio y seco en una balanza de precisión (Pai).
2. Agregar 10 g de suelo seco al aire, previamente tamizado, al picnómetro;
obtenga la masa (Ps).
3. Cuidadosamente, añadir agua destilada hasta llenar una tercera parte de su
capacidad. Viértala por las paredes del picnómetro para lavar las partículas de
suelo adheridas.
4. Calentar sin llevar a ebullición y agitar en forma circular para eliminar las
burbujas de aire retenidas entre las partículas de suelo.
5. Enfriar el picnómetro con el suelo y con el agua destilada, hasta temperatura
ambiente.
6. Antes de aforar, verificar la ausencia de partículas de suelo en el cuello del
picnómetro. Si se forma espuma, agregar una o dos gotas de alcohol amílico.
7. Llenar el picnómetro con agua destilada hasta el menisco de la marca de aforo y
colocar la tapa. Así se evita la formación de burbujas de aire en su interior.
69 Práctica 3. Densidad y porosidad del suelo
8. Secar el picnómetro con papel de filtro y, luego, pesarlo en una balanza de
precisión (Psa).
9. Eliminar el suelo y el agua destilada del picnómetro, lavando las paredes con
ayuda de la pizeta.
10. Aforar el picnómetro con agua destilada, colocar la tapa y pesar (en este punto
es cuando se estima el volumen del picnómetro).
11. Medir la temperatura del agua destilada dentro del picnómetro.
Guía para discusión de resultados
A partir de los cálculos de la densidad de partículas y aparente de la
muestra de suelo, obtenga el porcentaje de sólidos y el espacio poroso total.
Compare los valores obtenidos con los aspectos teóricos, según distintos
investigadores.
¿Por qué es necesario determinar la densidad aparente del suelo? Indique
tres razones por las cuales existen diferencias en los valores de este
parámetro de acuerdo con los perfiles del suelo.
Explique cómo influye la temperatura al utilizar el método de Bouyoucos.
70 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Refiérase a los aspectos fundamentales de la densidad aparente y de
partículas en la evaluación de la calidad del suelo.
Discuta los elementos más influyentes en la estimación de la densidad
aparente y explique uno de ellos.
Comente las características del suelo, según los valores de porosidad y
elementos sólidos presentes en la muestra analizada.
¿Cuál es la relación entre la textura en la porosidad total de un suelo?
71 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Práctica 4. Agua en el suelo
Práctica 4
Agua en el suelo
Sumario La humedad en el suelo
Introducción
Hasta este punto, se han mencionado los componentes sólidos del suelo y sus
principales características químicas y físicas; además, se ha tratado, de manera
muy breve, uno de los componentes más básicos, el agua.
En la porción líquida del suelo, se encuentran disueltas sales minerales, algunos
componentes orgánicos y, junto con los nutrientes, forman la solución del suelo, la
cual tiene un papel fundamental en la nutrición mineral de especies vegetales.
Asimismo, el agua interviene en la formación de suelos, la evapotranspiración y
controla, en alto grado, dos factores escenciales para el desarrollo de las plantas: el
aire y la temperatura del suelo.
72 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
El agua se moviliza a través de los poros en los cuales puede retenerse y competir
con los gases; la intensidad de este proceso depende de las dimensiones de los
poros (práctica #3) y los cambios físicos producidos por los fenómenos
climatológicos.
La humedad en el suelo
La mayoría de los suelos tienen la capacidad de retener agua para garantizar la
continuidad de muchos procesos químicos y biológicos. Según sean las
características del sustrato y los patrones climáticos, así será la capacidad para
contener el agua. Seguidamente, se mencionan detalles importantes sobre la
humedad del suelo.
Clasificación física del agua
Dentro del suelo ocurre gran cantidad de reacciones químicas, producto de la
interacción de los componentes orgánicos e inorgánicos de acuerdo con la
estructura física. Luego de incorporar el agua proveneinte de la precipitación o
riego, acontecen distintos fenómenos, por lo cual, se clasifica como lo muestra el
cuadro 8.
73 Práctica 4. Agua en el suelo
Potencial del agua del suelo
La circulación del agua entre los componentes del sistema suelo-planta-atmosfera
está definida por una forma de energía, la cual recibe el nombre de potencial del
agua o hídrico del suelo, correspondiente a la capacidad de este fluido para
Cuadro 8
CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE AGUA DE ACUERDO CON LAS CARACTERÍSTICAS DEL SUELO
Tipo de agua Característica Subtipo Descripción
Gravitacional No está retenida en el
suelo
Gravitacional de
flujo rápido
Poros >30 μm de diámetro. No
se retiene; llega al nivel freático
y satura el suelo; causa asfixia a
las raíces de plantas.
Agua
gravitacional de
flujo lento
Poros de 8 a 30 μm de diámetro.
El agua se mueve despacio y es
aprovechada por las plantas.
Agua capilar
Contenida en los
micoporos o capilares
del suelo
Absorbible
Microporos de 0,2 a 8 μm y
puede ser asimilada por las
plantas; reserva para la época
seca (agua útil).
No absorbible
Entre microporos < 0,2 μm;
fuertemente retenida y las
plantas no pueden absorberla.
Higroscópica
Se incorpora
directamente de la
humedad atmosférica.
No circula y no la
absorben las plantas;
retención muy fuerte
La energía potencial se almacena en un cuerpo y está disponible para hacer un trabajo.
74 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
movilizarse gracias a la acción de las diferencias en la energía libre; obedece a
gradientes de concentración, presión, gravedad, carga eléctrica, fuerzas capilares y
tensión superficial, principalmente.
La tendencia universal de toda materia en la naturaleza es alcanzar un estado de
energía mínima procurando un equilibrio con el ambiente. Cuando el agua circula,
el potencial hídrico disminuye. De esta forma, si se tienen los valores de los
potenciales energéticos del agua en diferentes puntos del suelo, se puede
determinar su tendencia de movimiento. Este flujo del agua ocurre lentamente,
producto del movimiento de un sitio de mayor concentración (suelo) a uno de
menor (planta).
El potencial del agua (Ψ) en el suelo está definido por los potenciales de presión
hidrostática o turgencia (Ψp); el potencial gravitacional (Ψg), producto de la
infiltración del agua de lluvia por gravedad; el potencial osmótico (Ψo), la
atracción iónica y el potencial matricial (Ψm), originado por las fuerzas de
capilaridad y tensión superficial en espacios pequeños en la matriz del suelo. La
fórmula utilizada es la siguiente:
Ψ = Ψp + Ψo + Ψm + Ψg
El movimiento del agua ocurre por las diferencias en el potencial
energético de este fluido en dos puntos del sistema
Los valores de potencial hídrico se expresan en atmósferas o bares:
1 atm =1,013 bar
1 bar =0,987 atm
75 Práctica 4. Agua en el suelo
Potencial de presión (ψp). Fuerza ejercida por la presión hidrostática sobre el
agua en el suelo, la cual es mayor comparada con la atmosférica (posee
signo positivo) Se debe valorar en condiciones de saturación.
Potencial gravitacional (ψg). Fuerzas correspondientes al campo
gravitacional. Es importante con la infiltración del agua de lluvia por efecto
de la gravedad. La magnitud de esta energía es negativa.
Potencial osmótico (ψo). Se basa en la atracción iónica entre los componentes
minerales disueltos en el agua (componente osmótico), en donde se
concentra energía eléctrica. Esta energía toma signo negativo.
Potencial matricial (ψm). Iinteracción entre las fuerzas de capilaridad y
adsorción, responsables de conservar el agua en el suelo.
Cuando el contenido de humedad de un suelo se encuentra saturado, no es posible
retener el agua, por lo tanto, el potencial matricial es cero (ψm = 0). A partir de este
punto, cuando disminuye la humedad, se incrementa la retención y se activan las
fuerzas capilares y de adsorción. Cuando el suelo se satura de agua, todos los
poros del suelo están llenos y conforme ocurre se desplaza el agua, esta se adhiere
en los microporos. Tal magnitud de energía se establece como negativa.
Las relaciones hídricas en el suelo se definen por algunos coeficientes basados en el
vínculo del contenido de agua en el suelo y su energía de retención:
76 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Capacidad de campo (CC). Cantidad de agua retenida en el suelo después
del drenaje de la precipitación (agua gravitacional) o riego intenso;
generalmente, ocurre entre dos o tres días luego del evento. También, se le
llama capacidad capilar, de retención de agua y límite máximo, cuando se lo
relaciona con cultivos. Puede tener valores de 10 a 33 kPa o de 0,1 a 0,33 bar.
Punto de marchitez permanente (PMP). Cuando la humedad del suelo está
fuertemente retenida por las fuerzas capilares y de adhesión, las raíces de
las plantas no son capaces de obtenerla, por lo cual llegan a marchitarse
parcial o totalmente como resultado del estrés hídrico. La fuerza de
retención del agua es de -1500 kPa o -15 bar.
Capacidad de Agua Disponible (CAD). Cantidad total de agua almacenada
en el suelo a disposición de los cultivos durante su todo su ciclo.
Corresponde a la diferencia entre CC y PMP, la cual puede calcularse en
términos de humedad en peso (Hg), cuyas unidades se reportan en g/g;
también, como humedad en volumen (Hv; cm3/cm3), o lámina de agua (L;
mm).
Métodos de medición del agua en el suelo
La humedad del suelo se puede expresar mediante los siguientes descriptores:
77 Práctica 4. Agua en el suelo
A) Humedad gravimétrica o unidad de masa de suelo (Hg). Se obtiene al despejar
la siguiente fórmula:
Donde,
Hg: humedad gravimétrica (unidades g/g)
Msh: masa del suelo húmedo
Ms: masa de suelo seco
Ma: masa de agua
Generalmente, este parámetro se expresa en porcentaje:
Por ejemplo, si un suelo contiene un 25% de humedad, significa 25 g de agua en
100 g de suelo.
B) Unidad de volumen de suelo. También, se le conoce como humedad
volumétrica (Hv) y se expresa en unidades de volumen por volumen. Igualmente,
puede ser expresada en porcentaje al multiplicar por 100.
Hv = Hg x Da
x 100 %Hg = Ma
Mss( )
Msh – Mss = Ma
Hg = Msh ‐Mss
x 100
Mss( )
78 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Por ejemplo, un suelo con humedad volumétrica del 20% contiene 0,2 cm3 de agua
en 1 cm3 de suelo, o 20 cm
3 de agua en 1 cm
3 de suelo.
Con el valor numérico del contenido de agua en el suelo, es posible establecer
criterios para el manejo de campos de cultivo, como los mencionados a
continuación:
Conocer la influencia del agua en el crecimiento de las plantas.
Estimar las necesidades de riego considerando la estructura del suelo.
Mitigar los efectos de las pérdidas por evapotranspiración a lo largo de todo
el ciclo de un cultivo.
C) Lámina de agua (L). Es la cantidad de agua presente en el suelo en un plano
vertical y expresado en milímetros, correspondiente a litros por metro cuadrado.
Se obtiene al multiplicar la humedad volumétrica por el espesor de la capa de
suelo. De esta manera, se puede hacer una relación entre los fenómenos hídricos
acontecidos dentro y sobre la superficie del suelo.
La degradación del suelo causa la pérdida de materia orgánica y, en consecuencia,
disminuye la lámina de agua disponible para los cultivos. Entonces, el suelo ve
reducida su capacidad para soportar sequías estacionales (Micucci, Tabobada y Gil
2002).
79 Práctica 4. Agua en el suelo
D) Lisímetro. Este aparato se introduce en el suelo e indica los datos relativos al
intercambio de humedad con la vegetación, las cuales se basan en estimar las
pérdidas de agua por evapotranspiración.
Existen lisímetros de pesada y de percolación, este último es más económico
y se aplica en terrenos donde se desea conocer la cantidad de agua infiltrada,
en estudios sobre percolación de lixiviados, flujo de contaminantes,
experimentos de adsorción, sistemas de riego y fertirrigación.
E) Métodos eléctricos. Uno de los más utilizados es el de la reflectometría, el cual
utiliza un TRD (Time Domain Reflectometry), aparato capaz de obtener la
constante dieléctrica (Ka) de la humedad del suelo, definida por la velocidad de
propagación de altas frecuencias electromagnéticas.________%___*_____%_____+
Otro método se relaciona con la resistencia eléctrica; se basa en la propiedad de
algunos materiales porosos, como el yeso, el nylon o la fibra de vidrio para
conducir la corriente eléctrica, cuya resistencia está relacionada con el contenido de
humedad.
El procedimiento implica colocar electrodos dentro de bloques pequeños de estos
materiales y se introducen en el suelo para absorber agua en función del contenido
de humedad del suelo, lo cual da lugar a variaciones de la resistencia eléctrica y,
así, determinar el contenido de humedad del suelo. La conductividad de los
bloques aumenta conforme absorben agua del suelo. Se puede correlacionar la
resistencia eléctrica con la humedad del suelo o el potencial matricial.
Fertirrigación: Aplicar fertilizantes a los cultivos junto con el riego
80 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
F) Métodos radiactivos. La sonda de neutrones es el mecanismo más utilizado;
reporta perfiles de humedad según la profundidad del suelo, lo cual se logra por la
capacidad de los átomos de hidrógeno, para disminuir, de forma drástica, la
velocidad de desplazamiento de los neutrones y dispersarlos.
Utiliza una fuente de emisión de neutrones, por ejemplo, americio (Am)-berilio
(Be), los cuales chocan con átomos pequeños, como el hidrógeno (H), en su
trayectoria y disminuyen su velocidad. La lectura registrada se traduce en
humedad volumétrica del suelo.
Estos métodos tienen el gran inconveniente de requerir personal especializado,
licencias de uso, costo monetario elevado y prohibiciones de uso en aplicaciones.
Además, están fuertemente influenciadas por la distribución aleatoria de la
radiactividad en la naturaleza y, sobre todo, porque no se puede utilizar en los
primeros 15 cm del suelo, donde se produce la mayor variación de la humedad.
Por otra parte, estos aparatos tienen problemas en suelos con alto contenido en
materia orgánica, por su alto contenido de hidrógeno; este exceso puede alterar los
datos y para evitarlo, se instala un tubo de zinc en el suelo donde se va analizará el
perfil.
G) Tensiómetros. Este instrumento mide la tensión del agua adherida a las
partículas del suelo (potencial matricial). Generalmente, funciona en un rango de 0
a 100 cb. Con los datos obtenidos, se construye una curva de retención de agua.
Este aparato no se recomienda para suelos secos.
81 Práctica 4. Agua en el suelo
H) Método gravimétrico. Este procedimiento involucra la colecta de muestras de
suelo a las profundidades de interés, luego se pesan húmedas, se secan en la estufa
a 105 °C hasta peso constante y se vuelven a pesar. La diferencia entre el peso de la
muestra húmeda y la seca será la cantidad de agua contenida en el suelo al
momento del muestreo. Los datos de humedad gravimétrica se pueden
transformar a humedad volumétrica si se tiene el valor de la densidad aparente.
Este método resulta el más conveniente, gracias a su confiabilidad, precisión,
sencillez y de bajo costo económico. Sin embargo, los datos generados son
puntuales en tiempo y espacio; además, se requiere destruir la estructura de la
porción de suelo de interés.
Objetivos
Describir los mecanismos de operación de los equipos utilizados para
estudios de humedad del suelo.
Determinar el contenido de humedad en el suelo.
Explicar la importancia del contenido de humedad en el suelo.
82 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Materiales y métodos
Muestra de suelo Tamices
Recipientes de metal herméticos Papel de filtro
Balanza analítica Embudo
Suelo tamizado y secado en la estufa a 105 °C Cajas de Petri
Estufa
Procedimiento
Requiere de la colecta de muestras de suelo con el cilindro muestreador. Cada
porción se ubica en recipientes herméticos o bolsas de plástico, las cuales se cierran
para evitar la pérdida de humedad.
1. Pesar las muestras en húmedo en balanza de precisión.
2. Colocar las muestras en estufa a 105 °C durante 48 horas (hasta lograr peso
constante).
3. Pesar las muestras en seco en la balanza de precisión.
4. Estimar el porcentaje de humedad gravimétrica y volumétrica.
83 Práctica 4. Agua en el suelo
II. Parte. Capacidad de retención de agua
1. Pesar de 5 a 10 g de suelo seco.
2. Colocar papel filtro en un embudo y humedecerlo con agua de la pizeta.
3. Colocar el suelo sobre el papel filtro húmedo y pesarlo.
4. Adicionar agua al suelo hasta la saturación; dejarlo escurrir el agua.
5. Cuando haya escurrido toda el agua, pesar el suelo más el papel filtro.
6. Calcular la cantidad de agua retenida por unidad de peso de suelo seco y
utilizar este valor para el cálculo de la cantidad de retención de agua.
En la práctica de campo, correspondiente al laboratorio #1, se recolectaron las
porciones de suelo con el cilindro muestreador.
Debe solicitar al instructor del laboratorio los datos de la masa en húmedo de la
muestra, así como las secadas en estufa a 105 °C.
84 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
III Parte. Estructura del suelo
1. Tomar 1 Kg de la muestra de suelo.
2. Colocar los tamices (5; 2; 0,2; 0,1 y 0,05 mm) para tratar la muestra. Luego, se
deja el tamizador durante 25 min a intensidad media.
3. Retirar cada fracción de suelo remanente en los diferentes tamices,
introducirla en bolsas de forma individual y pesar cada fracción.
4. Calcular el porcentaje de la fracción de cada tamiz.
Guía para discusión de resultados
Refiérase a la importancia del ciclo hidrológico, especialmente, para el
sistema suelo-planta-atmósfera.
Explique la relación entre los distintos tamaños de los poros del suelo y los
cultivos adecuados para ese suelo.
85 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Referencias bibliográficas
BUCKMAN, H.O.; BRADY, N.C. 1970. Naturaleza y propiedades de los suelos. Montaner y
Simon, S.A. Barcelona.
COILE, T.S. 1936. Soil saraplers. Soil Sci. 42:139-141
MICUCCI, F.G.; TABOADA, M.A. y GIL, R. 2002. El Agua en la producción de cultivos
extensivos: I. El suelo como un gran reservorio. Archivo Agronómico Nº 6, Informaciones
Agronómicas del Cono Sur Nº 15. INPOFOS Cono Sur. Acassuso, Buenos Aires (en línea,
<http://www.ipni.net/ppiweb/ltams.nsf/$webindex/3462B8EBC74E7A4003256C540055F4D
E>, consultado en octubre del 2011
86 Prácticas de Laboratorio de Edafología (código 582)
Apéndice. Procedimientos estadísticos para el manejo de datos
Los parámetros para la descripción de datos se dividen, básicamente, en dos
grupos: los de centralización y los de dispersión. En el siguiente esquema se
presenta un resumen de los aspectos relevantes de estos grupos.
Parámetro Descripción
Centralizació
n
A través de un valor numérico explican cuál es la principal tendencia de los datos en la muestra.
Media aritméticaSumatoria del conjunto de observaciones, dividido entre la totalidad de datos en la muestra.
Mediana
Al colocar la colección de datos en orden creciente, un valor corresponde al punto central o medio del grupo. Este valor se divide en partes iguales. Cuando la cantidad de datos es un número par, se toma la media de los datos centrales.
Moda
Corresponde al dato con mayor repetición en la lista de observaciones. No siempre ocurre esta situación.
Dispersió
n
Ordenamiento del reparto de los datos para facilitar su interpretación.
VarianzaEs la media aritmética de las desviaciones con respecto a la media y elevadas al cuadrado
Desviación estándar
Es la raíz cuadrada de la varianza; dispersa los datos desde el valor medio de la distribución
Coeficiente de variaciónEs el enlace entre la desviación estándar y la media, expresado en forma de porcentaje
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Las herramientas estadísticas son útiles en el manejo de la información, la cual se
transforma a parámetros numéricos, los cuales describen a una muestra o a la
población de datos en estudio. Generalmente, se trabaja con muestras y se someten
a varias pruebas para establecer criterios de organización destinados a elaborar un
diagnóstico capaz de fundamentar la toma de decisiones.
Por ejemplo, en la caracterización física de suelos altamente meteorizados en una
serie de parcelas de la zona sur de Costa Rica, se encontraron los siguientes valores
de densidad aparente, correspondientes al horizonte A.
DENSIDAD APARENTE (g/cm3) EN DISTINTAS LOCALIDADES DEL SUR DE COSTA RICA
Localidad Densidad aparente (g/cm3)
A 0,89
B 0,85
C 1,15
D 0,79
E 0,77
F 0,85
G 0,89
H 0,90
I 0,93
J 0,82
Una vez obtenidos los datos numéricos, se pueden organizar según el criterio del
investigador para facilitar su tratamiento, luego se aplican varias fórmulas
matemáticas diseñadas para detectar parámetros destinados a la interpretación y
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ajustes reales de la situación o problema a tratar, para lo cual es necesario
establecer objetivos de estudio.
La información estadística básica con la cual se puede dar tratamiento a los datos
numéricos se resume a continuación:
Media aritmética
Es el valor promedio de la colección de datos, obtenido a partir del total de la
sumatoria y dividido entre el número de observaciones (n):
Mediana
Se obtiene al colocar los datos en orden creciente. En otras palabras, se cuenta con
diez valores, se toman las cifras centrales y, a partir de ellos, se produce un
promedio, como se muestra, será la media de los dos valores centrales, en este
caso, el cálculo se realizó de la siguiente forma:
Moda
Son los valores repetidos en la serie, en este caso, son 0,85 y 0,89
=0,884 g/cm3 = n
Xi Σi=1
n
0,85 + 0,89 2
= 0,87 g/cm3
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Varianza
Se utiliza la siguiente fórmula, para la cual se retoma el valor de la media
aritmética; n corresponde al número total de observaciones, en este caso, son diez.
Desviación estándar
Coeficiente de variación
s2 = 0,1014
9 = 0,0112
S2 = (Xi - )2 Σ n ‐ 1
0,0112 ∙ 100 = 1,27% CV =
0,884
(Xi - )2 Σ S =
n ‐ 1
CV = S
∙100