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LAS PROPIEDADES MACROMORFOLÓGICAS DEL SUELO

PARTE 2

LAS PROPIEDADES MACROMORFOLÓGICAS DEL SUELO

LA ESTRUCTURA DEL SUELO
Floculación
Origen e importancia
Propiedades
Caracterización de la estructura del suelo
Estabilidad estructural EL COLOR DEL SUELO
Importancia
Determinación
Patrones especiales de color en el suelo EL PERFIL DEL SUELO
Los horizontes y capas maestros del suelo
Horizontes combinados
Características subordinadas de los horizontes y capas maestros del suelo
Subdivisiones verticales
Discontinuidades litológicas
Las secuencias de horizontes o capas
Descripción del perfil del suelo

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a acción de los procesos pedogenéticos va produciendo efectos especiales sobre la porción del suelo en que actúan, imprimiéndole algunos rasgos característicos que van diferenciando estas porciones del resto del suelo. Algunos procesos actúan sobre todo el solum, produciendo un suelo homogéneo en todo su espesor. A medida que la evolución del suelo avanza, las partículas sólidas de él se unen entre sí de diversas formas, generando unidades de mayor tamaño llamadas agregados, unidades estructurales o peds. El arreglo que se produce con estos sólidos es lo que se denomina estructura del suelo. La mayoría de los procesos pedogenéticos produce en el suelo colores específicos. Ésta es la característica más visible de su acción; lo anterior hace que este rasgo morfológico sea uno de los más utilizados para empezar a aproximarse al análisis de la génesis de un suelo. Cuando los procesos pedogenéticos actúan sobre porciones específicas del suelo, el resultado final es la diferenciación de porciones dentro de él, es decir, su horizonación o formación de horizontes; cuando todo el suelo es sometido a los mismos procesos, el resultado es la haploidización, es decir, no formación de horizontes. El efecto más común en los suelos es la horizonación, la cual va siendo mejor definida en la medida en que avanza la evolución del suelo; la haploidización es el efecto dominante en los suelos que poseen alta cantidad de arcillas expansibles, debido a que la argiloturbación está mezclando permanentemente todo el suelo, impidiendo la formación de horizontes; este efecto es el responsable de la formación de los Vertisoles. Un caso especial de haploidización puede tenerse por debajo del horizonte superficial en Oxisoles muy evolucionados, debido a la intensa meteorización de minerales primarios, a la síntesis y acumulación de sesquióxidos de Fe y Al y a la falta de procesos de eluviación – iluviación en ellos; estas condiciones van definiendo un solum con espesos horizontes rojos, en el cual es difícil establecer separaciones.

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LA ESTRUCTURA DEL SUELO CAPÍTULO 3 CONTENIDO
Floculación
Origen e importancia
Propiedades
Caracterización  En el campo  En el laboratorio  Interpretación
Estabilidad estructural  Caracterización • Método de Yoder • Método de Henin  Interpretación OBJETIVOS
Conocer la forma como se organizan los sólidos del suelo
Apreciar la importancia de la estructura en el funcionamiento y desarrollo del suelo
Conocer la estabilidad de la estructura del suelo y los principales métodos para evaluarla
Aprender a utilizar racionalmente el suelo, desde el punto de vista de su estructura

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as partículas sólidas del suelo se unen entre sí de diversas formas, generando unidades de mayor tamaño llamadas agregados, unidades estructurales o peds. El arreglo que se produce con estos sólidos se denomina estructura del suelo. 1. FLOCULACIÓN Es el proceso mediante el cual se unen las partículas sólidas del suelo entre sí, obedeciendo a diferentes mecanismos físico-químicos. Ésta es realizada, generalmente, por fuerzas electrostáticas entre aquellas partículas y otros elementos del suelo como el agua o los cationes; esta unión no es permanente en el tiempo y puede desaparecer fácilmente, al cambiar las condiciones que la producen. También se puede producir mecánicamente, mediante la acción de raicillas de plantas o de hifas de hongos (Baver et al, 1973); este último tipo se ha llamado, algunas veces, bioestructura. En el suelo este fenómeno se presenta muy influenciado por la presencia de cationes polivalentes (Ca2+, Al3+, etc.), los cuales actúan como puente entre las partículas sólidas cargadas negativamente o entre moléculas de agua unidas a las partículas. A igual concentración de iones, el de mayor carga domina el proceso y su efecto es más rápido y produce flóculos más grandes, entre mayor sea la carga. Un problema práctico inherente a la floculación es que puede alterar la determinación de la textura, al impedir que se mantenga la dispersión del suelo durante todo el tiempo que dura el análisis, debido a que partículas de determinados tamaños se unen entre sí, formando pseudoagregados de tamaños mayores que, obedeciendo a la ley de Stokes, sedimentan con una velocidad mayor que aquella a la cual lo harían las partículas individuales. Para observar el fenómeno de la floculación, puede desarrollarse el siguiente ejercicio:  Se preparan soluciones 1 N de los cationes Al3+, Ca2+, K+ y Na+, a partir de cloruros.  Se colocan 5 muestras de 50 g de un mismo suelo, previamente dispersadas (ver Numeral 2.1.2 del Capítulo 7), en sendos cilindros de 1000 mL y se completa el volumen de éstos con agua corriente; se deja sedimentar la suspensión por 2 horas y se hace una lectura con el hidrómetro al cabo de este tiempo (L0).  Se adiciona lenta y suavemente la cantidad de solución requerida para agregar 20 meq del catión correspondiente al respectivo cilindro, sin agitar la suspensión; se deja uno de los cilindros como testigo, sin adicionarle ningún catión.  A partir del momento en que se adicionen las soluciones se hacen lecturas con el hidrómetro a los 2, 5, 10, 20 y 30 minutos.  Se debe observar durante todo el proceso la cantidad de material precipitado y el tamaño de los flóculos formados.  Los resultados se registran en un formulario como el que se presenta en la Figura 3.1 y se analizan desde el punto de vista de la carga de los cationes.

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TRATAMIENTO

TIEMPO (min) PARA LAS LECTURAS CON EL HIDRÓMETRO 2 5 10 20 30 0 (L0)

TESTIGO Al3+ Ca2+ K+ Na+ FIGURA 3.1. Formulario para el registro de lecturas hechas con el hidrómetro durante el proceso de floculación del suelo.

2. ORIGEN E IMPORTANCIA Para que se consolide una unidad estructural o ped, se requiere que haya inicialmente floculación. Para que los flóculos se mantengan unidos y estables frente a las condiciones adversas del medio, se requiere que las partículas que ya están unidas sean cementadas entre sí. Esta acción la realizan los coloides del suelo (arcillas, humus, óxidos de hierro y aluminio); los mecanismos propuestos por Emerson para explicar la agregación de las partículas del suelo los analiza Hillel (1998) y con base en esta discusión se presenta la Figura 3.2.

FIGURA 3.2. Mecanismos de unión entre partículas del suelo para formar agregados estructurales. (Elaborada con base en discusión de Hillel, 1998).

En el esquema de la Figura 3.2, las partículas de arena y de limo, mediante la acumulación de complejos húmicos entre las superficies de los granos, pueden unirse entre sí (2) o entre ellas y conjuntos de láminas de arcilla, bien sea por sus bordes (1) o por sus caras (3). A su vez, los 100

conjuntos de láminas de arcilla pueden unirse entre sí, ayudados por los complejos húmicos colocados entre las caras de las láminas (4) o entre las caras de un conjunto y los bordes de otro (5). Finalmente, las arcillas pueden unirse entre sí, sin intervención de los complejos húmicos, obedeciendo a fuerzas de atracción electrostáticas entre los bordes positivos y las caras negativas de los conjuntos de laminillas (6), mecanismo, este último, determinante en la agregación de suelos ácidos, según Emerson y Dettman, citados por Baver et al (1973). En el desarrollo de la estructura del suelo intervienen varios agentes como:
Los macro y microorganismos, tanto animales como vegetales, los cuales ejercen una agrupación de partículas mecánicamente por medio de sus hifas o de las raicillas. Estos organismos, luego, ayudan a cementar las partículas entre sí, con sus exudados o con los productos de su descomposición. Como se ha mencionado anteriormente, ésta es la bioestructura y es frecuente en los horizontes superficiales de suelos desarrollados bajo praderas de gramíneas cuyas raíces ocupan densa y completamente esa porción del suelo. También se consideran como bioestructura los pseudoagregados formados por los excrementos de las lombrices; cabe destacar que estas unidades son de corta duración pues su estabilidad es muy baja.
Los ciclos de humedecimiento y secamiento son indispensables para que se produzca la deshidratación progresiva de los coloides y la cementación final de los agregados.
La compresión, los iones, las sales y los coloides ejercen efectos mecánicos y químicos sobre las partículas del suelo, uniéndolas y cementándolas.
El manejo del suelo. Es un factor de especial importancia, sobretodo en lo relacionado con la conservación de la estructura del suelo; sus efectos se tratarán más ampliamente en apartes posteriores. La estructura del suelo es una de sus principales propiedades, ya que el arreglo que presente la fase sólida está determinando el espacio que queda disponible para las otras dos fases de éste: la líquida y la gaseosa; puede decirse que esta propiedad es la que controla las interrelaciones entre las diferentes fases físicas del suelo y la dinámica de líquidos y gases en él, ya que tiene una influencia directa en propiedades como porosidad, densidad aparente, régimen hídrico, régimen térmico, permeabilidad, aireación, distribución de la materia orgánica, entre otras; por lo anterior, no es casual que se estime la degradación de un suelo de acuerdo con el grado de deterioro de su estructura. La estructura puede mitigar los efectos nocivos que puede tener la textura en el medio físico del suelo; así por ejemplo, un suelo bien estructurado puede reducir, y hasta eliminar, los problemas de mala porosidad, baja permeabilidad y poca aireación inducidos por el empaquetamiento fuertemente ajustado de los separados que se presenta en un suelo de textura fina. Otro aspecto que hace importante esta propiedad es la estrecha relación que hay entre su desarrollo y la génesis del suelo, como se puede ver en la Figura 3.3; la presencia de estructura en el suelo y su grado de desarrollo son evidencia de su evolución. Éste es un aspecto que no puede olvidarse, cuando se va a someter un suelo a prácticas intensivas de manejo, pues la destrucción o deterioro grave de ella es relativamente fácil de ocasionar, pero su recuperación es mucho más difícil y lenta.

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FIGURA 3.3. Representación esquemática generalizada del desarrollo de la estructura del suelo y de su carácter genético. (* En Andisoles, bajo uso intensivo, este comportamiento deteriora la estructura).

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3. PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA DEL SUELO La agregación de las partículas individuales del suelo produce unas unidades que se definen según su forma o tipo, su tamaño o clase y la claridad en su definición o la resistencia a ser destruidas, es decir, el grado de desarrollo; la definición de estas características de la estructura se presenta en la Tabla 4.1; para aquellos suelos que no presentan estructura, se utilizan los términos masiva o suelta, en el caso en que las partículas del suelo estén todas unidas formando una fase continua o que estén completamente separadas unas de otras, respectivamente. Aparte de los tipos de estructura, definidos en la tabla mencionada anteriormente, algunos autores han propuesto otros para ciertos suelos en particular, como la estructura Pseudopiramidal propuesta para subsuelos en cenizas volcánicas por González (1984) o los agregados cuneiformes, es decir, en forma de cuña, para caracterizar Vertisoles (ICOMERT, citado por Comerma, 1987). 4. CARACTERIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL SUELO 4.1. EN EL CAMPO El proceso de caracterización de la estructura del suelo en el campo consiste en describir los tres parámetros que la califican, es decir: el tipo, la clase y el grado de desarrollo que presente. Esta labor se hace siguiendo las especificaciones establecidas en la Tabla 3.1; la calificación de estos parámetros para un suelo describe aquellos agregados que son dominantes en él. En la Figura 3.4 se ilustran algunos de los tipos de estructura del suelo. El grado de la estructura se estima observando la nitidez con que están definidos los peds, como unidades, así como la resistencia que ofrecen a ser separados cuando se someten a presión entre los dedos pulgar e índice; para caracterizar esta propiedad se usan términos relativos como débil, moderada y fuerte, para indicar la menor o mayor resistencia que ofrece el ped a su destrucción. 4.2. EN EL LABORATORIO Aunque para la mayoría de los fines prácticos, la definición de la estructura en el campo provee suficiente información, en el laboratorio puede someterse una muestra del suelo a un análisis que amplíe este conocimiento. Lo más común es hacer un análisis de distribución de tamaños de agregados haciéndole un tamizado que permita separar los agregados que componen el suelo en varios grupos por tamaño y establecer el porcentaje que corresponde a cada grupo. Este procedimiento es especialmente útil cuando se quiere evaluar el grado de deterioro físico del suelo, durante períodos de tiempo relativamente largos o cuando se desean comparar y evaluar diferentes prácticas de manejo desde un punto de vista conservacionista del suelo.

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TABLA 3.1. Tipo y clase de la estructura del suelo. (Traducido de Soil Survey Division Staff, SSDS, 1993).

TIPO (Forma y disposición de los agregados)

CLASE (Tamaño de los agregados) ( mm )

MUY FINA FINA MEDIA GRUESA MUY GRUESA

Laminiforme Orientación en un plano horizontal

Prismas Orientación alrededor de un eje vertical y caras verticales bien definidas Con Sin redondeamiento redondeamiento en partes en partes superiores superiores

LAMINAR

PRISMÁTICA

COLUMNAR

10

< 10 10 a 20 20 a 50 50 a 100 > 100

< 10 10 a 20 20 a 50 50 a 100 > 100

Poliedros Orientación alrededor de un punto

Vértices angulosos

Vértices redondeados

BLOQUES ANGULARES 50

BLOQUES SUBANGULARES 50

Esferoides Orientación alrededor de un punto

Muy poco porosos

Porosos

GRANULAR

MIGAJOSA

10

2 mm. Wn: % de agregados estables con diámetro < 0.25 mm. W2, W3, W4, …: % de agregados estables en cada uno de los rangos de tamaño utilizados en la determinación, comprendidos entre 2 y 0.25 mm de diámetro. PESO DE LA MUESTRA INICIAL SECA AL AIRE ( g )

SUBMUESTRA PARA HUMEDAD GRAVIMÉTRICA Psh ( g ) Pss ( g )

W (%)

PESO DE LA MUESTRA INICIAL SECA AL HORNO ( g )

FIGURA 3.7. Formulario para el registro de los resultados del cálculo de la humedad gravimétrica de muestras para análisis de estabilidad estructural; ver Capítulo 7, página 176 y Capítulo 9, numeral 4.1.

RANGO DE DIÁMETRO DE AGREGADOS ( mm ) 10 - 5 5-2 2-1 1 - 0.5 0.5 - 0.25 0.25 - 0.1 0.1 - 0 ∑

xi ( mm )

3.5 1.5 0.75 0.375 0.175 0.05

Log10

xi

0.5441 0.1761 -0.1249 -0.4260 -0.7570 -1.3010

Peso seco del Cantidad de material material retenido ( g ) retenido ( % ) (1) (2) 82.21 12.07 7.80 2.75 2.64 2.53

74.74 10.97 7.09 2.50 2.40 2.30

Log10

xi x

Wi [( 2 ) / 100]

x i x Wi ( mm )

Wi ( mm )

0.7474 0.1097 0.0709 0.0250 0.0240 0.0230

2.62 0.16 0.053 0.0094 0.0042 0.0012 2.8878

0.4067 0.0193 -0.0089 -0.0107 -0.0182 -0.0299 0.3583

ÍNDICES IE ( % ) AF [< 0.5 mm] ( % ) AE [(> 2 mm + < 0.25 mm)] ( % ) DPM ( mm ) DMG ( mm )

25.88 7.2 79.44 2.8878 2.2819

FIGURA 3.8. Formulario para registrar los resultados de la determinación de la estabilidad estructural de suelos, por el método de Yoder. (Se incluye un ejemplo).

El índice de estructura (IE) también puede utilizarse para expresar la proporción en que se encuentra alguno de los grupos de agregados con respecto a otro grupo o rango específico de tamaño. Por ejemplo, con los resultados de la Figura 3.8, se pueden establecer las siguientes relaciones entre grupos de agregados: 111

IE =

(10.97 + 7.09 + 2.5 ) % 20.56 1 1 = = = ≅ 1: 4 ( 74.74 + 4.7 ) % 79.44 79.44 / 20.56 3.86

Lo anterior indica que por cada agregado de tamaño intermedio que hay en el suelo se encuentran 4 agregados de tamaños extremos. Se puede hacer más específica la relación anterior estableciendo la relación de los agregados intermedios con los de tamaño extremo, individualmente, con lo que se establece el grupo dominante así: 20.56 % 20.56 % 1 1 1 5 = ≅ 1: 4 y = ≅ ≅ = 5 :1 74.74 % 3.64 4 .7 % 0.2286 0.2 1

Las relaciones anteriores indican que por cada agregado intermedio se tienen aproximadamente 4 agregados mayores de 2 mm de diámetro, mientras que, hay 5 agregados de tamaño intermedio por cada agregado con diámetro menor a 0.25 mm. Una manera sencilla de evaluar la estabilidad que tienen los agregados del suelo al agua consiste en tamizar simultáneamente dos muestras del mismo suelo, una en seco y la otra en agua y comparar, después del secado, los contenidos de agregados que se obtienen en cada rango de tamaño: Entre menores sean las diferencias, mayor es la estabilidad, siempre que el suelos esté estructurado, obviamente. 5.1.2. Método de Henin

Con este método se establece el grado de inestabilidad de la estructura del suelo al ser sometido a agitación en agua. Se diferencia del anterior porque trata de estimar el efecto que tiene el aire que queda atrapado dentro del suelo, en la destrucción de agregados, al ser humedecido para la determinación (efecto de estallido), así como la interferencia que puede ejercer la materia orgánica en aquella. El índice de inestabilidad (Is) de la agregación del suelo se determina mediante el siguiente procedimiento descrito por Henin et al (1972):
Se tamiza una muestra de unos 200 g de suelo disturbado por malla de 2 mm; se toman tres submuestras de 5 g cada una y se colocan en sendos vasos de 250 mL.
A uno de los vasos se le agregan 5 mL de alcohol etílico, a otro 5 mL de benceno y el tercero se llena con agua; se dejan reposar 5 minutos; al cabo de este tiempo se llenan los dos primeros vasos con agua y se dejan reposar todos otros 30 minutos.
Se trasvasan los contenidos de cada vaso a erlenmeyers de 750 mL y se les agrega agua hasta completar 300 mL, se tapan y se agitan, volteándolos 20 veces.
Se toma el primer erlenmeyer y se transfiere su contenido a un tamiz de malla de 0.2 mm y de 10 cm de diámetro, colocado dentro de una cápsula de porcelana de 1 L; se le imprime al conjunto un movimiento helicoidal haciendo 20 desplazamientos, a razón de 1 vuelta/segundo; se retira el tamiz, se deja escurrir, se transfieren los agregados a cápsulas para humedad, se secan en horno a 105oC durante 24 a 36 horas y se halla el peso de los agregados.
Se repite el procedimiento anterior con los otros dos erlenmeyer y se hace por triplicado cada tratamiento. 112


Se determina el porcentaje de partículas mayores de 0.2 mm, siguiendo el método de Bouyoucos para este tamaño, descrito en el numeral 2.1.2 del Capítulo 7.
Se calcula el índice de inestabilidad estructural del suelo con la Fórmula [3.5].
Los resultados obtenidos se consignan en un formulario como el que se presenta en la Figura 3.9.

El índice de inestabilidad se calcula mediante la ecuación: Is =

% máximo de partículas 3 mm y/o < 0.25 mm no es deseable en la mayoría de los suelos.
Para hacer análisis de estabilidad estructural hay que tener cuidado con no incluir en la muestra fragmentos de roca, concreciones o fragmentos de suelo compactados, ya que distorsionan el análisis.
El método más utilizado para evaluar la estabilidad estructural del suelo es el de Yoder o de tamizado en agua.

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AUTOEVALUACIÓN 1. 2. 3. 4. 5. 6.

¿Qué es estructura de un suelo?. ¿Cómo se define agregado del suelo?. ¿Qué es floculación?. Enuncie tres agentes de estructuración del suelo. ¿Con cuáles parámetros se define la estructura del suelo?. ¿Cuál es el tipo de estructura más deseable en el suelo?. ¿Por qué?. ¿En cuál horizonte del suelo hay predominancia de agregados grandes en la distribución de tamaños de los mismos?. ¿Cómo se explica ese comportamiento?. 7. ¿Un suelo arcilloso siempre tendrá mal drenaje?. Explique. 8. ¿Por qué las muestras de suelo que se van a analizar para estabilidad estructural deben ser humedecidas lentamente, antes de sumergirlas en agua?. 9. ¿Qué efecto tiene el humedecimiento rápido de las muestras sobre la distribución de los tamaños de los agregados en el análisis de estabilidad estructural?. 115

10. ¿Cómo serían los valores del DPM y del IE de una muestra humedecida rápidamente, comparados con los de una muestra equivalente humedecida por capilaridad?. 11. ¿En qué condiciones es importante la determinación de la estabilidad estructural de suelos en seco?. 12. ¿Puede darse el caso de que un suelo que presente un alto índice de estabilidad estructural realmente no tenga esta característica?. Explique. 13. ¿Cuál es la diferencia fundamental entre flóculo y ped?. 14. ¿Un suelo que se clasifique como “sin estructura”, siempre está compactado?. Explique.

EVALUACIÓN 1. Dos suelos fueron sometidos a tamizado en agua para establecer su grado de estabilidad estructural, obteniéndose la siguiente distribución de agregados:

SUELO 1 2

>2 159.66 7.65

CANTIDAD ( g ) DE AGREGADOS POR TAMAÑO ( mm ) 2-1 1 - 0.5 0.5 - 0.25 5.04 1.44 0.72 32.85 40.5 19.8

< 0.25 13.14 49.2

Elaborar una curva de adición porcentual de tamaño de agregados para cada suelo y hacer el análisis correspondiente, en términos de estabilidad estructural. Confirme ese análisis calculando los diferentes índices de estabilidad estructural planteados en éste capítulo. (R: Suelo 1: DPM=3.1631 mm, DGM=2.6236 mm, IE=4.17 %, AE=96 %, AF=7.7 %. Suelo 2: DPM=0.6394 mm, DGM=0.4522 mm, IE=163,85 %, AE=37.9 %, AF=46 %). 2. Un suelo fue sometido a análisis de estabilidad estructural tamizándolo en seco y en húmedo; se obtuvieron los resultados que se presentan en el siguiente cuadro: TAMIZADO HÚMEDO SECO

5-3 63.877 110.644

CANTIDAD (g) DE AGREGADOS POR TAMAÑO 3-2 2-1 1 - 0.5 0.5 - 0.25 0.825 2.223 5.722 6.705 14.185 10.240 1.017 0.138

< 0.25 27.684 0.135

Definir, con ayuda de los índices de evaluación estudiados, cómo es la estabilidad estructural del suelo analizado. (R: Húmedo: DPM=2.5331 mm, DGM=1.2569 mm, IE=15.84 %, AE=86.313 %, AF=32.11 %. Seco: DPM=3.6244 mm, DGM=3.4754 mm, IE=9.1186 %, AE=91.6434 %, AF=0.2002 %).

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