Suelo y AguaJames Walworth y Cristbal JonesUVG Altiplano University of Arizona

Como se forman los Suelos?

Modelo para la Formacin de SuelosMaterial no consolidado AdicionesPrdidas/FiltracinTransformacionesTranslocacionesUn Perfil de SueloProcesos que forman suelos

Cinco Factores para Formar SuelosMaterial Parental (rocas, material orgnica)Climatemperatura, precipitacinBiota (organismos)vegetacin, microorganismos, animales, humanosTopografa (pendiente, aspecto, elevacin)Tiempo

Horizontes de SueloLas capas de suelo se llaman horizontesEstn descritos por su textura, color o otras propiedades qumicas y fsicas.

Horizontes FundamentalesHorizonte O : horizontes orgnicos que seforman por encima la tierra mineralHorizonte A : primer horizonte mineral; zona de lavado verticalHorizonte E : Filtracin mxima(eluviacin)Horizonte B : horizonte de acumulacin o precipitacin (iluviacin)Horizonte C : material no consolidado debajo del subsueloHorizonte R (D): material rocoso

Distinciones de SubordinadosMs caracterizaciones de los horizontes fundamentalesDenotado por una letra mayscula. Ejemplos:Bt, acumulacin de arcillaBk, acumulacin de carbonatosCm, cimentacin o induracinCapas distintivas podran existir entre un horizonte fundamental.El horizonte fundamental est divido por nmeros.B1, B2, B3

EABtC

Bt2Bt3Bt1Bt4ABt5C

Carcter de las Partculas del Suelo

Cuando los suelos se descomponen, partculas grandes descomponen a partculas ms pequeas.

El tamao de las partculas determina la textura de un suelo.

Arena 2.0 to 0.05 mm(1 inch = 25.4 mm)Limo 0.05 to 0.002 mmTamaos Relativos de los Partculas de Suelo

Partculas de SueloArena y limo desarrollan de fragmentos de roca descompuesta.

Partculas de arcilla son estructuras cristalinas, laminadas y MUY pequeitas.

Textura de SueloLas clases de textura tienen una gama de tamaos de partculas (arena, limo, y arcilla)

El Triangulo de Texturas de Suelos de United States Department of Agriculture (USDA) es el base para 12 categoras de texturas de suelo.

USDA Tringulo de Texturas

12 Clases de TexturaSuelo con 40% arena, 40% limo, 20% arcillaFranco limoso

Como determinar la textura de un sueloMtodo de tocar: cualitativoFranco limoso arenosoFranco limoso limosoArcilla/barro

Textura de SueloTamao de partcula es importante porque se determina la cantidad de la rea superficial (A.S.) para una masa dada de suelo.

Entre ms pequea la partcula, la superficie expuesta ser mayor. 1 mmA.S. = 6 mm21 mm64 CubosS.A. = 24 mm2

rea Especfica de SuperficieLa superficie de aproximadamente un gramo ( cucharadita) de suelo

PartculaMetros cuadradosDimensionesarena.3.3m x .3mlimo11m x 1marcilla30 a 3,0003m x 3m30 m x 30 m

Las superficies estn qumicamente activasLa arcilla esta ms reactiva que el limo o arena

Las partculas de arcilla estn elctricamente cargadas!PartculaDe arcilla

Propiedades del AguaEl molcula de agua tiene un ngulo de 105o, y una carga parcial negativa en el Oxgeno, y cargas parciales positivas en los Hidrgenos.(-)(+)(+)

Propiedades del Agua(-)(+)(+)Las molculas de agua son atradas a otras molculas de agua (cohesin). (-)(+)(+)

Tensin de Superficie (cohesin)

Partculade arcillaLas molculas de agua son atradas a la superficie de los suelos minerales (adhesin)

SaturacinSuelo secoPunto de MarchitarseCapacidad de CampoAgua se drena rpidamente afuera de sueloAgua esta disponible a la plantaAgua est atrada demasiado apretadamente para las plantasEmpieza con una olla llena con suelo seco.Despus se llena a la orilla con agua.Destapa desde el fondo y deja el agua drenar.Imagine que una planta creca adentro de una olla. Crecera por un tiempo, y despus se marchitara y se morira.Podramos secar el suelo por completo

Estimacin de Agua Disponible

TexturaCapacidad de campoPunto deMarchitarseAgua Disponible a las PlantasVolumen %cm/mArena1036.6 cm/mFranco limoso arenoso20712.5 cm/mFranco limoso281017.5 cm/mFranco limosolimoso351420.8 cm/mFranco limosoarcillo361719.2 cm/mArcillo372016.6 cm/m

Tasa de la InfiltracinLa tasa a que el agua mueve adentro el sueloUsualmente empieza rpidamente, y despus mas lentoSi la tasa de precipitacin excede la tasa de infiltracin, escurrimientos ocurren

Tiempo cumulativo (min) Infiltracin cumulativo (mm)

Factores que controlan la tasa de infiltracinPropiedades del SueloTextura y estructuraPorosidadDensidad y compactacinEstructura y capasContenido de humedad Caracterstica de la precipitacin Topografa de la superficie (aspereza, pendiente)Cobertura de vegetacin

Estructura de Suelos

o

Arreglo de Partculas de Suelos

Cargas Similares RepelenComo un Imn

Cationes (iones con la carga positiva) pueden hacer que las partculas de barro se peguen unas a otras (floculacin)Un partcula de barro cargada negativamenteUn partcula de barro cargada negativamente

Partculas de Arcilla Floculacin vs. DispersinColoidales DispersadosColoidales Floculados

Estructura de Suelos - Aglomerados Los aglomerados consisten de partculas floculados

Estructura de SueloEstructura es el arreglo de partculas de suelo (arena, limo y arcilla) a unidades secundarias estables, llamados aglomerados.Agregados estn compuestos de partculas de arena, limo y arcillo, y se pegan por material orgnico, xidos, carbonatos o arcillas Tiene influencia sobre varias propiedades de suelo, incluyendo el movimiento de agua y calor, aeracin y porosidad.

Grnulos sencillosGranularLaminadoBlocosoColumnarEstructura de Suelos - Aglomerados

Porosidad de SueloMacro-poros mas grande de ~ 0.05 mmPermite el movimiento de aire y aguaProvee espacio para organismos de suelo de races de sueloMicro-poros mas pequeo de ~ 0.05 mmUsualmente llenos de aguaDemasiado pequeo para el movimiento de aire ni aguaPueden ser demasiado pequeo para races, incluso microbiosAgua esta amarrada tan apretadamente que las plantas no pueden extraerla El tamao de los poros usualmente es mas importante que el espacio de poros en total.

*****There are 5 major factors that affect soil formation. These factors are not independent.

For example, climatic factors often depend on topography: will erosion or deposition occur?***These subordinate distinctions facilitate more descriptive discussions of soil profiles.

Table 3.1*****Here we can see the relative sizes of sand, silt, and clay. Note that sand and silt look like little boulders, and thats basically what they are. In fact they come from boulders that have been physically broken into small pieces by weathering processes.The clay, which we had to magnify to fit into the same scale as the sand particle, is fundamentally different. It is made of layers, and the clay particle looks like a stack of pancakes. Clays are formed through chemical reactions that reform constituents from silt and sand particles.******One reason soil texture is an important property is because of the relative surface areas of sand, silt, and clay particles. One gram (a bit less than of a teaspoon) of sand has a surface area of 0.1 square meters or a 1 ft x 1 ft square. The same amount of silt has a surface area of 1 square meter or a 3 ft x 3 ft square. But clay can have a surface area of up to 1,000 square meters or 100 ft x 100 ft ! (This is partly because of the very small size of the clay particles and partly because the clay has surfaces between layers as well as outside surfaces.)**Here is a schematic diagram of a negatively charged clay particle surrounded by cations. The soil liquid (soil solution) contains dissolved cations and anions. The concentration of cations is much greater close to the particle surface than in the bulk soil solution. The cations are not bonded to the clay, but just attracted to the surface. Conversely anions are repelled by negatively charged clays, so the concentration of anions is greater in the bulk soil solution than close to a clay particle.** Water molecules line up, the negative side of one attracted to the positive side of another This type of attractions is called HYDROGEN BONDING Hydrogen bonding is responsible for water molecules clinging together (COHESION) and Water sticking to other things (ADHESION) We dont usually think of water as being sticky, but water is very difficult to get off of things Think of trying to wring water out of a sponge no matter how hard you squeeze, water sticks to the sponge Energy is needed to get water out of the sponge or out of soil

**Here is a schematic diagram of a negatively charged clay particle surrounded by cations. The soil liquid (soil solution) contains dissolved cations and anions. The concentration of cations is much greater close to the particle surface than in the bulk soil solution. The cations are not bonded to the clay, but just attracted to the surface. Conversely anions are repelled by negatively charged clays, so the concentration of anions is greater in the bulk soil solution than close to a clay particle.*********Here is a schematic diagram of a negatively charged clay particle surrounded by cations. The soil liquid (soil solution) contains dissolved cations and anions. The concentration of cations is much greater close to the particle surface than in the bulk soil solution. The cations are not bonded to the clay, but just attracted to the surface. Conversely anions are repelled by negatively charged clays, so the concentration of anions is greater in the bulk soil solution than close to a clay particle.*Here is a schematic diagram of a negatively charged clay particle surrounded by cations. The soil liquid (soil solution) contains dissolved cations and anions. The concentration of cations is much greater close to the particle surface than in the bulk soil solution. The cations are not bonded to the clay, but just attracted to the surface. Conversely anions are repelled by negatively charged clays, so the concentration of anions is greater in the bulk soil solution than close to a clay particle.**Blocky aggregates are usually found in lower soil horizons where clays have accumulated. This can be a desirable type of structure, but in some soils blocky aggregates can become extremely hard when dry.***