Física de suelos. Su impacto en la productividad agrícola (página 2)

? Dentro del suelo circula una cantidad determinada de
aire, a través de los espacios no ocupados por la fase
sólida ni por el agua. Esta propiedad se sintetiza en la
frase intercambio de aire
suelo-atmósfera.

1.5 Comportamiento físico del
suelo

El conjunto de las propiedades físicas descritas,
le confiere al suelo un comportamiento físico
determinado, al cual le podemos dar las categorías de muy
favorable, favorable, favorable con limitaciones, desfavorable y
muy desfavorable, en correspondencia con las
características del lecho que le proporcione el suelo a
las plantas y otros organismos que viven en él.

1.6 Ejemplo de propiedad química del
suelo

Existencia de componentes químicos que reaccionan
entre sí y provocan cambios en el medio, como variaciones
del pH, variaciones en la solubilidad de sustancias y
otros.

1.7 Ejemplo de propiedad físico-
química del suelo

Intercambio de iones entre la superficie de
las partículas y el medio que las rodea. Principalmente,
el intercambio es de cationes, por lo que esta propiedad se
conoce como capacidad de cambio catiónico (CCC).
Entre los cationes están las bases del suelo (Ca++, Mg++,
Na+ y K+) y otros como el Al+++ y el H+. El intercambio de
cationes puede producirse en el medio suelo, debido a la
alta dispersión de este, de donde deriva la alta
superficie específica. Esto es un ejemplo de
interrelación entre las propiedades físicas y las
físico- químicas.

1.8 Ejemplo de propiedad biológica del
suelo

Existencia de macro y microorganismos vivos que cumplen,
como función principal, descomponer la materia
orgánica y convertirla en humus, el cual se combina con la
parte mineral del suelo y forma los compuestos órgano-
minerales, de alta actividad química y
físico-química.

Los organismos vivos del suelo necesitan de aire, agua y
calor, los cuales son proporcionados, en dependencia de las
propiedades físicas.

2. MEDIDA EN QUE
SE MANIFIESTAN LAS PROPIEDADES DEL SUELO

2.1 Aspecto general

En todos los suelos se manifiestan las propiedades que
les son inherentes como cuerpo natural; no hay suelo que deje de
tener una de las propiedades descritas, porque de ser así,
dejaría de ser suelo. La cuestión esencial radica
en el hecho de que existen muchos tipos de suelos diferentes, los
cuales están recogidos en las clasificaciones.

Por ejemplo, la Nueva Versión de
Clasificación Genética de los Suelos de Cuba,
contempla 14 agrupamientos, 36 tipos genéticos y 174
subtipos.

2.2 Propiedades e índices
físicos

Hasta aquí nos hemos referido al aspecto
cualitativo del problema, pero resulta necesario conocer la
medida en que se manifiesta cada propiedad del suelo, para lo
cual se utilizan los índices. Por ejemplo, una
medida en que se manifiesta la permeabilidad de un suelo dado, es
la velocidad con que el agua pasa a través de él,
bajo la influencia de la fuerza de gravedad; este índice
se conoce como velocidad de infiltración (Vi) y se
expresa como la cantidad de agua Q que pasa a
través de una capa determinada en una unidad de tiempo
t; entonces:

Vi = Q/t

De ahora en adelante nos referiremos a la medida en que
se manifiestan las propiedades físicas del suelo como
factor de su productividad, tomando como ejemplo tipos de suelos
que contrastan en esas propiedades. Para ello partiremos de las
principales propiedades físicas, ya descritas, y los
principales índices físicos (Tabla 1).

2.3 Significado de cada
índice

? Composición
mecánica: Distribución porcentual de las
partículas elementales del suelo (arena, limo
y arcilla).

? Superficie específica:
Sumatoria de la superficie de las partículas que
está en contacto con el medio que las rodea.

? Grado de agregación: Parte
del suelo que se encuentra formando agregados.

? Indice de estabilidad de los
agregados: relación entre la cantidad de agregados que
es estable en agua y el total de los agregados.

? Peso específico: Peso por
unidad de volumen de la fase sólida del suelo.

Tabla 1: Principales propiedades
físicas e índices físicos de los
suelos

?¹ Este índice incluye los
valores de los % de arena, limo y arcilla.

?² Este rango de valores se refiere a
los % de arcilla.

?³ Este índice incluye los
valores de cada rango de tamaño de poros.

?_ Este rango de valores se refiere al rango de
tamaño de poros en el cual se retiene el agua.

? Peso volumétrico: Peso por unidad de
volumen del suelo, tal y como este se encuentra en la
naturaleza.

? Porosidad total: Espacio en el interior del
suelo, no ocupado por su fase sólida.

? Porosidad de aireación: Espacio no
ocupado por agua en el interior del suelo, cuando este se
encuentra en la capacidad de campo.

? Composición poral: Distribución
porcentual de los diferentes rangos de tamaño de
poros.

? Velocidad de infiltración: Velocidad con
que el agua penetra en el suelo, a través de sus
diferentes capas, bajo la influencia de la fuerza de
gravedad.

? Conductividad hidráulica: Velocidad de
filtración que se presenta en un medio poroso saturado y
donde el movimiento esencial es en el sentido
horizontal.

? Humedad higroscópica: Contenido de
humedad del suelo en ambiente de laboratorio, cuando
se ha perdido toda el agua capilar por evaporación y solo
queda la que es retenida en la superficie de las
partículas por fuerzas electrostáticas.

? Humedad higroscópica máxima:
Similar a la anterior, pero determinada después que las
muestras se han mantenido en ambiente saturado de vapor de agua,
durante un tiempo suficiente para que se retenga el máximo
posible de capas de moléculas en la superficie de las
partículas.

? Humedad de marchitez: Humedad límite en
la cual las plantas pueden extraer agua del suelo, de modo que si
desciende el contenido de agua, las plantas se marchitan de modo
irreversible.

? Capacidad de campo: Contenido de humedad del
suelo en el momento en que ha cesado el movimiento vertical hacia
abajo del agua bajo la influencia de la gravedad.

? Reserva de agua: Cantidad de agua contenida en
una capa determinada del suelo, medida en altura de la
lámina o en metros cúbicos por
hectárea.

3.
APLICACIÓN PRÁCTICA DEL CONOCIMIENTO SOBRE LAS
PROPIEDADES DE LOS SUELOS

3.1Delimitación de los problemas y las
soluciones

A partir de que un suelo está caracterizado y se
conocen los rangos de los valores de los índices en estado
de poca o ninguna alteración por el hombre, se pueden
establecer los problemas que existen en un área
determinada, para lo cual debemos conocer el carácter de
las variaciones de cada índice.

3.2 Carácter de las variaciones de los
índices físicos

Hay un grupo de índices cuya
variación en el tiempo es muy poco notable, un grupo de
variación lenta y uno de rápida variación,
como se expresa a continuación.

Grupo de variación muy poco notable en el
tiempo.

? Composición mecánica

? Superficie específica

? Peso específico

? Humedad higroscópica

? Humedad higroscópica máxima

Grupo de variación lenta

? Grado de agregación

? Porosidad total

? Conductividad hidráulica

? Humedad de marchitez

? Capacidad de campo

? Reservas de agua

Grupo de rápida
variación

? Índice de estabilidad de los
agregados

? Peso volumétrico

? Porosidad de aireación

? Composición poral

? Velocidad de infiltración

? Elevación capilar

3.3 Monitoreo de los índices
físicos

Para los estudios en dinámica, los
índices más factibles a monitorear y que pueden
aportar mayor información sobre el estado de
degradación de los suelos, son los siguientes:

? Indice de estabilidad de los agregados

? Peso volumétrico

? Velocidad de infiltración

3.4 Ejemplo de problema y su
solución

Uno de los tantos problemas que pueden presentarse en un
área determinada es alta compactación en la capa
de suelo comprendida entre los 15 y 40 cm de profundidad, lo
que da lugar a que se produzcan encharcamientos temporales y que
el sistema radical de las plantas se desarrolle muy cerca de la
superficie, desaprovechando el agua y los nutrientes de las capas
inferiores.

Para el problema anterior, una solución a corto
plazo sería la subsolación, la cual ejerce
una acción mecánica sobre el suelo; sin embargo,
hay que tener en cuenta que la compactación no es solo un
problema de carácter mecánico, sino también
de degradación por pérdida de materia
orgánica, pérdida de agregación de las
partículas y otros fenómenos, los cuales requieren
medidas de mejoramiento a mediano y largo plazo, como la
aplicación de materia orgánica, labores con
tracción de bajo peso, introducción de plantas de
sistema radical profundo, forestación y otras.

4. Efecto de la
labranza sobre las características físicas de los
suelos.

Los sistemas de cultivo, que son definidos por el
conjunto de los sistemas de labranza y de manejo de los cultivos
y de sus residuos, tienen una influencia importante en las
propiedades físicas del suelo. En gran parte, el tipo y la
magnitud de esta influencia depende de la labranza del suelo. La
labranza del suelo es hecha con el propósito de alterar
sus propiedades físicas y posibilitar a las plantas la
expresión de todo su potencial. Las técnicas de
labranza del suelo son utilizadas a fin de proporcionar una buena
sementera y desarrollo de raíces, controlar malas hierbas,
manejar los residuos de los cultivos, reducir la erosión,
nivelar la superficie para el plantío, riego, drenaje,
trabajos culturales y operaciones de cosecha e incorporar
fertilizantes o pesticidas. La labranza incorrecta del suelo,
causada por la falta de conocimiento de los objetivos y de las
limitaciones de las técnicas de labranza, puede resultar
negativa para el mismo. La labranza incorrecta del suelo es una
de las causas de la erosión y de la degradación
física del suelo.

La degradación física del suelo puede ser
definida como la pérdida de la calidad de la estructura
del suelo. Esa degradación estructural puede ser observada
tanto en la superficie, con el surgimiento de finas costras, como
bajo la capa arada, donde surgen capas compactadas.
Con esa degradación, las tasas de infiltración de
agua en el suelo se reducen, mientras las tasas de
escorrentía y de erosión aumentan (Cabeda,
1984).

5. Causas de la
degradación física del suelo.

Las principales causas de la degradación de las
características físicas del suelo son:

• Cobertura inadecuada de la superficie del suelo,
que expone los agregados de la superficie del suelo a la
acción de lluvias; como consecuencia ocurre el colapso
estructural de estos agregados, formándose costras con
espesor medio de un milímetro que reducen
drásticamente la infiltración de agua.

• Excesiva labranza y/o labranza con humedad
inadecuada: la labranza en exceso y superficial lleva a la rotura
de los agregados, favoreciendo la formación de costras,
escurrimiento y el transporte de partículas
(erosión). La reducción de la rugosidad provocada
por la labranza induce a una elevación de la velocidad del
escurrimiento y a la disminución de la tasa de
infiltración, aumentando los efectos erosivos por la mayor
energía cinética del agua en la superficie del
suelo. A su vez, la utilización de equipos inadecuados y
pesados y el pasaje de maquinaria sobre el suelo cuando este
presenta consistencia plástica lleva al surgimiento de
capas compactadas subsuperficiales, normalmente situadas entre 10
y 30 cm de profundidad y con un espesor de 10 a 15 cm. Esas capas
ofrecen fuerte resistencia a la penetración de las
raíces de las plantas y restringen la capacidad de
infiltración de agua y la aireación.

• Pérdida de la materia orgánica del
suelo: el manejo inadecuado lleva a una reducción del
contenido de materia orgánica del suelo, teniendo como
consecuencia alteraciones en su densidad, en la capacidad de
retención de agua y en la estabilidad de los agregados,
que contribuyen a la pérdida de su calidad y de la
estabilidad de su estructura.

6. Etapas del
proceso de degradación física del
suelo.

La degradación de los suelos agrícolas
ocurre en tres etapas (Mielniczuk y Schneider, l984):

• Etapa 1 Las características
originales del suelo son destruidas gradualmente; la
degradación es poco perceptible debido a la poca
intensidad de los procesos y al mantenimiento de la productividad
por el uso de correctivos y fertilizantes.

• Etapa 2 Ocurren pérdidas acentuadas
de la materia orgánica del suelo, con fuerte daño
de la estructura (colapso estructural). Hay, además de
encostramiento superficial, compactación subsuperficial,
que impide la infiltración del agua y la
penetración de raíces. De esta forma, la
erosión se acentúa y los cultivos responden menos
eficientemente a la aplicación de correctivos y
fertilizantes.

• Etapa 3 El suelo está intensamente
dañado, con gran colapso del espacio poroso. La
erosión es acelerada y hay dificultad de operación
de la maquinaria agrícola. La productividad cae a niveles
mínimos. El tiempo para llegar a esa tercera etapa de
degradación depende de la intensidad de uso de
prácticas inadecuadas de labranza y manejo, de la
pendiente de las tierras, de la textura del suelo y de la
resistencia del suelo a la erosión hídrica
(Mielniczuk y Schneider, 1984).

7. Principales
características físicas afectadas por la
labranza.

La pérdida de la calidad física de un
suelo puede ser evaluada por la alteración de algunas de
las más importantes características físicas
del suelo, tales como la densidad, la porosidad, la
distribución del tamaño de poros, la estructura y
la tasa de infiltración de agua en el suelo.

7.1 Densidad y porosidad del suelo.

Los suelos poseen naturalmente diferentes densidades
debido a variaciones de la textura, de la porosidad y del
contenido de materia orgánica. Brady (l974) cita que
suelos arenosos poseen una densidad del suelo de 1,20 a 1,80
g/cm3 y una porosidad de 35 a 50%, mientras que suelos arcillosos
poseen una densidad de 1,00 a 1,60 g/cm3 y una porosidad de 40
a 60%. Sin embargo la densidad y la porosidad del
suelo son características que pueden variar en
función del tipo y de la intensidad de labranza, siendo
por eso buenos indicadores de lo adecuado de los sistemas de
labranza del suelo, indicando la mayor o menor
compactación que estos promueven.

Los valores adecuados de la densidad del suelo fueron
definidos por Archer y Smith (l972), como aquellos que
proporcionan la máxima disponibilidad de agua y por lo
menos 10% de espacio de aire en un suelo sometido a una
succión de 50 mb. Según esos autores, las
densidades del suelo oscilan alrededor de 1,75 g/cm3 para suelos
de textura arena franca, 1,50 g/cm3 para suelos
franco arenosos, 1,40 g/cm3 para suelos franco limosos y 1,20
g/cm3 para franco arcillosos.

Las modificaciones de las propiedades físicas del
suelo a causa de los sistemas de labranza pueden dar origen a una
elevación de la densidad del suelo, una mayor resistencia
a la penetración de las raíces y a una
disminución en la porosidad, caracterizándose por
una capa compactada abajo de la capa arada. Esa capa compactada
afecta el movimiento del agua y el desarrollo del sistema
radicular por el impedimento mecánico, por la deficiencia
de aireación, por la menor disponibilidad de agua y por
alteraciones en el flujo de calor.

La capa compactada tiene origen en la base de la capa
arable. La profundidad en la que esa se encuentra
tiene mayor o menor efecto sobre el desarrollo del cultivo; capas
compactadas a diferentes profundidades tienen efecto negativo
diferenciado sobre el rendimiento de los cultivos: el efecto es
más negativo a 10 cm que a 20 o 30 cm de profundidad.
(Lowry et al., l970).

Como consecuencia de la elevación de la densidad,
hay una elevación de la resistencia a la
penetración de las raíces mucho más
significativa que el aumento de la densidad. Voorhes et
al. (l978), trabajando en un suelo franco arcillo-limoso,
observó, bajo el mismo peso de vehículos, que la
densidad del suelo aumentó 20%, mientras que la
resistencia a la penetración aumentó más de
400%. Los valores de resistencia a la penetración de las
raíces que limitan el desarrollo de las plantas
varían de un cultivo a otro.

La importancia de las alteraciones producidas por los
sistemas de cultivo sobre la densidad del suelo, porosidad y
resistencia a penetración es destacada en el trabajo de
Cintra (l980), que observó que el suelo en un monte,
comparado con el mismo suelo bajo sistemas de labranza
convencional, tiene mayor porosidad y menor densidad y
resistencia a la penetración de raíces.
França da Silva (l980) encontró una
disminución en la porosidad y aumento en la densidad del
suelo y en la resistencia a la penetración, en el
siguiente orden: suelo bajo bosque, área cultivada con
tracción animal, área bajo plantío directo,
área desbrozada con tractor con tapadora y área
bajo cultivo convencional. Cannell y Finney (l973) afirman que,
generalmente, la densidad del suelo es mayor bajo plantío
directo que bajo cultivo convencional, pudiendo no ocurrir eso
debido a la textura grosera y/o al alto tenor de materia
orgánica de estos suelos. Por eso, se observa que estos
índices son útiles para la evaluación del
efecto de los diferentes sistemas de cultivo e identifican las
condiciones físicas actuales de un suelo.

7.2 Estructura del suelo.

La estructura del suelo está dada por la
ordenación de las partículas primarias (arena, limo
y arcilla) en la forma de agregados en ciertos modelos
estructurales, que incluyen necesariamente el espacio poroso.
Aunque no sea considerada un factor de crecimiento para las
plantas, la estructura del suelo ejerce influencia en el aporte
de agua y de aire a las raíces, en la disponibilidad de
nutrimentos, en la penetración y desarrollo de las
raíces y en el desarrollo de la macrofauna del
suelo.

Desde el punto de vista del manejo del suelo, una buena
calidad de la estructura significa una buena calidad del espacio
poroso, o sea, buena porosidad y buena distribución
del tamaño de poros. Así, la
infiltración del agua, juntamente con la
distribución de raíces en el perfil son los mejores
indicadores de la calidad estructural de un suelo (Cabeda,
1984).

El tamaño y la estabilidad de los agregados
pueden ser indicativos de los efectos de los sistemas de labranza
y de cultivo sobre la estructura del suelo. Suelos bien agregados
proporcionan mayor retención de agua, adecuada
aireación, fácil penetración de
raíces y buena permeabilidad.

La distribución de los tamaños de los
agregados es uno de los factores importantes en el desarrollo de
los cultivos. Según Larson (l964), los agregados
deben ser de tamaño reducido alrededor de las
semillas y raíces de plantas nuevas, con la finalidad de
proporcionar una adecuada humedad y un perfecto contacto entre el
suelo, la semilla y las raíces. Sin embargo, los agregados
no deben ser tan pequeños al punto de favorecer la
formación de costras y capas compactadas. Para Kohnke
(l968), el tamaño ideal de agregados está entre
0,50 y 2,00 mm de diámetro; agregados mayores restringen
el volumen de suelo explorado por las raíces y agregados
menores originan poros muy pequeños y no drenables por
acción de la gravedad. La desagregación del suelo
es causada por el movimiento intenso del suelo a causa de las
prácticas de labranza, por la reducción del tenor
de materia orgánica, por el intenso pisoteo del ganado y
por el impacto de la gota de lluvia sobre la superficie
desprotegida.

El contenido de humedad del suelo en el momento de la
labranza es un factor que determina la intensidad de
desagregación del mismo. El efecto perjudicial del peso de
la maquinaria agrícola y la labranza excesiva del suelo,
bajo condiciones de humedad desfavorables, tiende a ser
acumulativo, intensificándose con la secuencia de
labranzas anuales.

La desagregación del suelo puede ser reducida por
su menor labranza, por la rotación de cultivos y por la
protección de la superficie del suelo con residuos de
cultivos. Así, las pasturas facilitarán una mejor
agregación del suelo, seguida por el plantío
directo y por el cultivo convencional.

7.3 Tasa de infiltración de agua en el
suelo.

La tasa de infiltración de agua en el suelo
determina la rapidez de infiltración del agua en el mismo
y, como consecuencia, el volumen de agua que escurre sobre la
superficie. Cuando la tasa de infiltración es baja, la
disponibilidad de agua en la zona de las raíces puede ser
limitante. La tasa de infiltración de agua en el suelo es
condicionada por los siguientes factores: estado de la superficie
del suelo, tasa de transmisión de agua a través del
suelo, capacidad de almacenamiento y características del
fluido. La infiltración de agua en el suelo
refleja las condiciones de las propiedades físicas.
Los sistemas de cultivo y labranza influencian la tasa de
infiltración final del agua en el suelo, tanto por la
modificación de la rugosidad y cobertura de la superficie,
como por la alteración de la estructura, de la densidad y
de la porosidad.

La labranza del suelo puede, inicialmente, mejorar la
infiltración y, algunas veces, beneficiar el drenaje.
Pero, con el tiempo, la labranza favorece la degradación
de la estructura y la reducción de la tasa de
infiltración.

CONCLUSIONES.

¾ La aplicación de técnicas de
labranzas inadecuadas sin dudas conlleva al deterioro de las
propiedades físicas, químicas y biológicas
de los suelos, la disminución del rendimiento
agrícola y, más importante aún, el deterioro
del medio ambiente.

¾ El conjunto de las propiedades físicas
del suelo, le confiere al mismo un comportamiento físico
determinado, al cual le podemos dar las categorías de muy
favorable, favorable, favorable con limitaciones, desfavorable y
muy desfavorable, en correspondencia con las
características del lecho que le proporcione el suelo a
las plantas y otros organismos que viven en él.

¾ Para los estudios en dinámica, los
índices físicos más factibles a monitorear y
que pueden aportar mayor información sobre el estado de
degradación de los suelos, son los siguientes:
índice de estabilidad de los agregados; peso
volumétrico y velocidad de infiltración.

¾ La degradación física de los
suelos agrícolas ocurre en tres etapas.

¾ Las principales propiedades físicas
afectadas por la labranza son: densidad y porosidad del suelo;
estructura del suelo y tasa de infiltración de agua en el
suelo.

BIBLIOGRAFÍA

¾ Bouza, H., L. M. Herrera, C. Torres, E. Iznaga
y V, E. Vladimirov. 1981. Utilización de la labranza
mínima en los suelos tabacaleros de la Provincia de Pinar
del Río, Ciencias Agrícolas 10: 76 – 84.

¾ Castro, N. C. Ronzoni, J. M. Llanes, M. Riverol
y E. Valero. 1989. Comprobación de la eficacia de la
dirección de los surcos en el control de la erosión
en el cultivo del tabaco. Inédito. Instituto de suelos. La
Habana. 8 p.

¾ FAO. 1994. Erosión de
suelos en América Latina. Suelos y Aguas. p.
33-52.

¾ Instituto de Suelos. 2001.
Programa Nacional de Mejoramiento y Conservación de
Suelos. Principales factores edáficos
limitantes y áreas afectadas en Cuba; p. 8.

¾ Pacheco, B, O. 2000. Medidas de
conservación para suelos potencialmente erosionables de
relieve llano a ondulado. Tesis en opción al título
de Master en Fertilidad del Suelo, 50 pp.

¾ Peña, F. y Colectivo de autores. 1995.
Influencia de las medidas antierosivas en condiciones
estacionarias y de cuencas en el mejoramiento y manejo de suelos
erosionados. Informe de etapa del Resultado 00509. Inst. de
Suelos. MINAG. 36 p.

¾ Pérez , J. M. et., al.
1990. Mapa de erosión actual de los suelos de Cuba a
escala 1: 250000. Instituto de Suelos. MINAG. 19
p.

¾ Radkov, D. P., E. Iznaga, A. Esnart, R. Escull
y L . M. Herrera. 1973. Estudio sobre la erosión en la
Estación Experimental del Tabaco. San Juan y
Martínez. Inst. de Suelos. La Habana. 8 p.

¾ Riverol, M; Alfonso, C. A; Cabrera, E; Porras,
P; Llanes, J. M y Otero, A. 1998. Bordos de desagüe, una
tecnología para reducir las pérdidas de suelo.
Profrijol para Centroamérica Méjico y el Caribe.
Generación de tecnologías para una
producción sostenible. Boletín # 1.
Inst. suelos. MINAG.

¾ Riverol, M. 1985. La
erosión potencial de los suelos de Cuba y los
métodos para su mapificación. Tesis para optar por
el grado de Doctor en Ciencias Agrícola. C. Habana
120 pp.

¾
http://www.fao.org/ag/ags/AGSE/agse_s/7mo/iita/C7.htm

Autor:

Ing. Agrónomo: Edenys Miranda
Izquierdo

Universidad de Pinar del Río "Hnos
Saíz Montes de Oca", Cuba

Fecha de confección: 5 de Mayo de
2007