CARACTERIZACION ENERGÉTICA DEL AGUA EN EL SUELO

El concepto de estado energético es tan importante o más que la cantidad de agua del suelo, pues predice el comportamiento, ya que el movimiento del agua está regulado por su energía. El agua en el suelo tiene varias energías y su medida se expresa en unidades de potencial (energía por unidad de masa). Los tipos de energía más importantes son: energía potencial (es la que tiene un cuerpo por su posición en un campo de fuerza), energía gravitacional (es la que tiene un cuerpo en función de su posición en el campo gravitacional), energía cinética (debida al movimiento), energía calorífica, energía química, energía atómica, energía eléctrica. La energía libre será la suma de todas estas energías.

 
Energía Libre = Ep + Eg + Ec + Ecal + Eq + Ea + Ee +..

 
Se parte del concepto de energía libre, la que puede definirse como: "La capacidad de una sustancia de realizar un trabajo (fuerza por distancia) desde un estado de referencia a otro cualquiera".

 
Como no es posible determinar los valores absolutos, se trabaja con las diferencias de energía libre que en el caso de los suelos es: "la cantidad de trabajo que debe ser efectuado por unidad de masa de agua con el objeto de transportar, reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua desde un reservorio, situado en una elevación especificada y bajo presión atmosférica, hasta el agua del suelo". Como resultado de esa energía libre, un cuerpo se puede desplazar o quedar en reposo. El grado de energía de una sustancia, representa una medida de la tendencia al cambio de ese cuerpo. Las sustancias sufren cambios para liberar y disminuir su energía.

 
Al conjunto de fuerzas que retienen el agua del suelo se llama potencial de succión. Tiene un sentido negativo y es el responsable de las fuerzas de retención del agua dentro del suelo, es igual al potencial matricial más el osmótico. Frente a él, está el potencial gravitacional que tiene un signo positivo y tiende a desplazar el agua a capas cada vez más profundas. Cuando el potencial de succión es mayor que el potencial gravitacional, el agua queda retenida en los poros, y cuando el potencial de succión es menor que el gravitacional, el agua se desplaza hacia abajo. La definición de energía libre, corresponde a lo que se conoce como la "diferencia de energía libre específica" y es sinónimo de "potencial hídrico total" (PHT). El potencial hídrico total de un suelo generalmente posee valor negativo, ya que el agua del suelo está sometida a distintas acciones que disminuyen su energía libre. (Al conjunto de fuerzas que retienen el agua del suelo se llama potencial de succión).

 
Los factores considerados son cuatro y se los estudia por separado como componentes del PHT.

 
Potencial Matricial (PM): Es, salvo en los casos de suelos salinos, el más importante cuantitativamente y depende de la "atracción hacia el agua" ejercida por la fase sólida del suelo a través de mecanismos de adsorción y capilaridad. La atracción por adsorción se origina como consecuencia de superficie de sólidos descompensados eléctricamente. Las moléculas del agua actúan como dipolos y son atraídas, por fuerzas electrostáticas, sobre la superficie de las partículas de los constituyentes del suelo.

El potencial matricial es debido a dos fuerzas, adsorción y capilaridad. La atracción por adsorción se origina como consecuencia de superficie de sólidos descompensados eléctricamente. Las moléculas del agua actúan como dipolos y son atraídas, por fuerzas electrostáticas, sobre la superficie de las partículas de los constituyentes del suelo. Por otra parte en los microporos del suelo queda retenida el agua por fuerzas capilares.

 
Potencial Osmótico (PO): Es debido a las sales y por tanto es importante en suelos salinos. Se debe a la influencia de los solutos sobre la energía libre del agua. Cuando se ponen en contacto dos líquidos de diferente concentración la solución más concentrada atrae al agua para diluirse.

 
Potencial Gravitatorio (PG) y Potencial Neumático (PN): Son de menor importancia y se deben a la acción de la gravedad en el primer caso (es positivo, tiende a desplazar el agua horizontes cada vez más profundos) y a las presiones efectuadas por la atmósfera y otras, en el segundo.

 
Cuando el potencial de succión es mayor que el potencial gravitatorio, el agua queda retenida en los poros, y cuando el potencial de succión es menor que el gravitatorio, el agua se desplaza hacia abajo.

PHT = PM + PO + PG + PN

 
De acuerdo a una convención internacional esos potenciales se simbolizan con la letra griega "psi"  (y). Es de destacar que algunos autores no consideran el potencial neumático, por ser de poca importancia, y en cambio introducen el concepto de potencial temperatura (PT). La temperatura obviamente, influye en varios aspectos del potencial total, ya que afecta la energía libre del agua del suelo. De acuerdo a este concepto potencial hídrico total PHT, estaría compuesto por:

 
PHT = PM + PO + PG + PT

La dimensión de la energía libre es correspondiente a la de trabajo: ergio o julio. Como el potencial hídrico total es la energía libre específica, es decir, trabajo sobre unidad de masa, las unidades son: ergio/gr. Succión total del suelo: La determinación de la succión total de un suelo involucra la determinación de la succión matriz y de la succión osmótica, que corresponden a los potenciales matriz y osmótico del suelo, respectivamente. La succión total no es exactamente igual al PHT, pero su importancia radica en que es la medida práctica de la succión que debe vencer la raíz para absorber agua. La succión se mide actualmente en Pascales, aunque se acepta la medida en barios, cm de altura de una columna de agua, etc.

 
0,33 atm = 33 KPa = 3,4 m col agua

 
Contenido hídrico del suelo: El contenido de humedad del suelo se define como: "la cantidad de agua perdida a 105-110 °C y se expresa en porcentaje de agua sobre la base de suelo seco". A veces también se expresa en volumen. Capacidad hídrica del suelo: Es la cantidad de agua que tiene el suelo (contenido hídrico), debe expresarse en función de la fuerza a que es retenida, ya que su comportamiento va a ser muy distinto dependiendo de las fuerzas de retención a que se encuentre sometida. Efectivamente si la mayor parte del agua está débilmente retenida ésta se podrá mover y será asimilable para las plantas, mientras que si toda el agua está fuertemente retenida, carecerá de movilidad y será un agua inútil para las plantas. La capacidad hídrica del suelo es entonces, el contenido hídrico que corresponde a una determinada succión total o a una determinada succión matriz. En este último caso se trata de la capacidad hídrica diferencial (CHD), que es la cantidad de agua que contiene el suelo a un determinado valor de succión matriz (SM).

 
Curvas de retención hídrica: La succión matriz es función del contenido de agua del suelo (mayor contenido de agua menor succión y viceversa), pero cada suelo posee una propia serie de valores de capacidad hídrica diferencial, por ello no existe un valor o ecuación general y debe determinarse para cada suelo en particular. Si las determinaciones de contenido hídrico y de succión matriz se grafican; surgen las curvas de retención hídrica, en las que se utilizan distintas unidades (cm de altura de agua, pF (potencial capilar), bares, atmósferas, etc.) y que se conocen con distintos nombres (curvas de pF, de succión, etc). La curva de retención hídrica no es unívoca. Para una misma muestra de suelo, la curva obtenida no es la misma en una muestra húmeda que se va desecando (ciclo de secado) con respecto a la que se obtiene si se parte de la muestra seca y la vamos humedeciendo (ciclo de humedecimiento). Este distinto comportamiento del suelo según se encuentre en un periodo de desecación o de humectación en relación con la fuerza con la que el agua está retenida, es el fenómeno de histéresis, y se cree se debe al diámetro variable de los sistemas capilares de la masa del suelo.

Para un determinado contenido de humedad, cuando vamos desecando un suelo se necesita aplicar una succión mayor que cuando este se va humedeciendo. Por norma internacional las medidas de humedad y retenciones se calculan siempre desecando las muestras de suelo, previamente humedecidas.

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