Arriola-Morales et. al. /Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias, 2 (1):51-60, 2011

Transcripción

1 Caracterización hidroedafológica del cerro Gordo del parque estatal Flor del Bosque, Amozoc, Puebla Hydro-edaphologic characterization of cerro Gordo at State Park Flor del Bosque, Amozoc, Puebla Arriola Morales Janette 1*, Flores Pérez Leticia Angélica 1, Batlle-Sales Jorge, Mendoza Hernández José Carlos 1 1 Colegio de Ingeniería Ambiental. Facultad de Ingeniería Química, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Av. San Claudio esq. 18 sur, C.U., Jardines de San Manuel, C.P , Puebla, Puebla, México. *Tel ext 7259, Fax 7251, janette.arriola@correo.buap.mx Resumen El trabajo de investigación consistió en calcular las propiedades hidráulicas (saturación y conductividad hidráulica saturada) de 8 perfiles de suelo a diferentes horizontes (4 perfiles de suelo de la ladera norte y 4 perfiles de suelo para la ladera sur) del Parque Estatal Flor del Bosque, mediante el uso del programa Hydraulic Properties Calculator- USDA/ARS. Los resultados obtenidos con el programa muestran un comportamiento similar de los perfiles en una misma ladera, y un comportamiento diferente entre ellas. Abstract The research work was to calculate the hydraulic properties (pore volume, soil saturation, saturated and hydraulic conductivity) of 8 different soil profiles horizons (4 soil profiles of north side and 4 soil profiles for southern slope) of Flor del Bosque State Park, using the Hydraulic Properties Calculator-USDA/ARS program. The results obtained with the program show a similar behavior of the profiles on the same side, and a different behavior between them. Palabras clave: suelo y propiedades hidráulicas. Keywords: soil and hydraulic properties. 51

2 Introducción Propiedades hidráulicas El conocimiento de las propiedades hidráulicas de los suelos es fundamental para la cuantificación del balance hídrico y de las características de flujo de agua en los suelos. Estas propiedades permiten el desarrollo de alternativas para el manejo agronómico del cultivo y para el establecimiento de criterios de diseño para el desarrollo de sistemas de riego y drenaje en las plantaciones. Sin embargo, los perfiles de los suelos frecuentemente muestran diferencias tanto en el sentido vertical como en el sentido horizontal, es decir, presenta cierto grado de anisotropía, lo cual se manifiesta con diferencias de permeabilidad entre la superficie y la subsuperficie del suelo. Los mayores cambios en las propiedades hidráulicas ocurren en los límites donde se presentan discontinuidades físicas, tales como los límites de horizontes pedogenéticos contrastantes o capas compactadas derivadas del mal manejo de los 1, 5, 3 suelos. Volumen de poro El espacio no ocupado por la fase sólida constituye los poros del suelo, que estarán normalmente ocupados por aire o vapor de agua y por la solución acuosa en proporciones variables según el estado de humedad. La porosidad total, corresponde al volumen que ocupan los vacíos de un volumen de suelo o roca fracturada. 5 La porosidad cinemática, corresponde al volumen de vacíos que ocupa el agua que circula a través de un medio poroso. Desde el punto de vista del desplazamiento del fluido, el agua adherida se puede considerar como parte del sólido. La porosidad de drenaje, se refiere al volumen de agua que puede ser drenada por gravedad. El resto del agua permanecerá retenida en el suelo por fuerzas moleculares y otras fuerzas insensibles a la gravedad (capilares y otras). 6,7 La porosidad del suelo se calcula mediante la siguiente fórmula: 5 52

3 P = Vp/ Vas Donde: P = porosidad, Vp = volumen de poros, Vas = volumen aparente del suelo Conductividad hidráulica Es la propiedad hidráulica más importante que afecta al flujo de agua y al transporte de solutos en el suelo. Esta propiedad determina las tasas máximas de infiltración (en condiciones de saturación), la capacidad de campo, el flujo de agua en el suelo no saturado, la resistencia al flujo de agua hacia las raíces y el drenaje de un suelo saturado. 2 La conductividad hidráulica hace referencia al factor de proporcionalidad de la Ley de Darcy aplicada al flujo viscoso de agua en el suelo. La Ley de Darcy aplicada a un medio poroso, como es el suelo, describe la densidad de flujo de agua o la velocidad del flujo. 2 La conductividad hidráulica de un suelo depende del tamaño y distribución de los poros del suelo, y en consecuencia de la textura, la densidad aparente y de la estructura. La presencia de grietas, canales abiertos por las raíces o por la fauna del suelo también influye en la conductividad del agua en el suelo. La mayor parte del transporte del agua en medio saturado se produce en los poros más grandes. 2,4 La mayoría de los suelos son generalmente anisotrópicos y heterogéneos, razón por la cual su conductividad hidráulica saturada varía considerablemente en el espacio. 2, 4 Tabla 1. Valores aproximados de conductividad hidráulica (K s en cm h -1 ) para diferentes texturas USDA. 2 Clase textural (USDA) Ks (FAO, 1979) Arenosa 5 (2.5-25) Franco arenosa 2.5 ( ) Franca 1.3 (0.8-2) Franca limosa Nd 53

4 Franco arcillosa 0.8 ( ) Arcillo limosa 0.25 ( ) Arcillosa 0.05 (0.01-1) Saturación La saturación es la capacidad máxima de retención, es decir, todos los poros del suelo están llenos de agua. La saturación por lo general ocurre durante períodos cortos de tiempo, durante acontecimientos de precipitación abundantes o cuando el suelo es irrigado. En la saturación, la porosidad del suelo corresponde al contenido de humedad volumétrica. El suelo con el mayor espacio poroso es la arcilla bien agregada. El suelo permanecerá en saturación mientras el agua se infiltra, de otra manera absorción de agua en los poros grandes se agotará libremente bajo las fuerzas de gravedad. El agua agotada por los poros del suelo es substituida por las clases texturales. En suelos de textura gruesa (arenosos), el drenaje es completado dentro de un período de unas horas. En suelos de textura fina (arcillosos), el drenaje puede tomar (aproximadamente 2-3) días. 2 Programa Hydraulic Properties Calculator del USDA/ARS Para muchos modelos numéricos, la selección de valores para la obtención de datos son frecuentemente usadas en la interpolación, donde las ecuaciones representan las relaciones sobre los rangos necesarios de contenido de suelo-agua y la textura de suelo, el almacenamiento de datos en la computadora puede reducir mucho los requerimientos especificados en el tiempo de ejecución de modelos matemáticos, estos modelos matemáticos son beneficiosos y eficientes para la estimación de las características del suelo-agua con una precisión razonable. El programa Hydraulic Properties Calculator del USDA/ARS, se basa principalmente en correlaciones estadísticas entre la textura del suelo y la selección de suelos potenciales usando una base de datos, 54

5 seleccionando diferentes texturas de suelo y la conductividad hidráulica. El objetivo de este programa, es calcular y estimar el potencial de agua que puede estar disponible en el suelo para un amplio rango de texturas. 7 Objetivo: Calcular el volumen de poro, su saturación y la conductividad hidráulica saturada en suelo, mediante el uso del programa Hydraulic Properties Calculator del USDA/ARS. Materiales y métodos El Parque Estatal General Lázaro Cárdenas del Río, "Flor del Bosque" (FBP) localizado al oriente de la ciudad de Puebla el cual pertenece al municipio de Amozoc, tiene las siguientes coordenadas geográficas 19º 00' 00'', 19º 01' 50'' de latitud norte y 98º 20' 35'', 98º 20' 53'' de longitud oeste, su superficie es de 664 ha. (INEGI, 1986), presenta un clima templado subhúmedo con lluvias en verano, la temperatura promedio anual es de 18 C y la precipitación promedio anual es de 800 mm. La vegetación que predomina es bosque de encino. 8 Para determinar las propiedades hidráulicas de suelo del Parque Estatal FBP se seleccionaron 8 perfiles de suelo a diferentes horizontes (4 perfiles de suelo de la ladera norte y 4 perfiles de suelo de la ladera sur) del Parque Estatal FBP los cuales se encuentran georreferenciados, las muestras a dos profundidades en superficie se analizaron gravimétricamente, posteriormente se calculó las siguientes propiedades hidráulicas: volumen de poro V p saturación (S) y la conductividad hidráulica saturada (SHC), esto mediante el uso del programa Hydraulic Properties Calculator del USDA/ARS. Resultados y discusión ETAPA I. Determinación de las propiedades hidráulicas de 4 perfiles de suelo de una ladera norte del Parque Estatal FBP. En esta etapa se tomaron 4 muestras de suelo a diferentes coordenadas, 55

6 profundidades y altitudes. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 1. La Gráfica 1 a) Conductividad Hidráulica saturada y b) Saturación del suelo muestra dos propiedades hidráulicas (SHC y S) de suelo representativas para las plantas. Tabla 1. Propiedades hidráulicas tomadas de 4 perfiles del suelo de una ladera sur del Parque Estatal FBP. Punto de Propiedades hidráulicas Coordenadas muestreo del suelo Profundidad Altitud Flor del S (cm) (m) X Y Bosque (cm 3 agua/ SHC (cm/hr) Puebla (FBP) cm 3 suelo) FBP FBP FBP FBP FBP FBP 24 > FBP FBP FBP FBP FBP FBP FBP

7 SHC FBP a) S FBP b) Gráfica 1. Análisis de dos propiedades hidráulicas del suelo del Parque Estatal FBP, a) Conductividad Hidráulica saturada y b) Saturación del suelo. En la tabla y gráfica 1 se puede observar que los resultados obtenidos con el programa muestran que los valores de la conductividad hidráulica saturada en todos los perfiles disminuye conforme aumenta la profundidad del suelo, mientras que el volumen de poro la mayoría de los perfiles en los horizontes superficiales y profundos presenta valores bajos y en los horizontes intermedios aumentan. ETAPA 2. Determinación de las propiedades hidráulicas de 4 perfiles de suelo de una ladera norte del Parque Estatal FBP a diferentes puntos de muestreo (alto, A, medio alto, MA, medio bajo, MB y bajo, B) del Parque Estatal FBP. En esta etapa se tomaron 4 muestras de suelo a diferentes coordenadas (alto, A, medio alto, MA, medio bajo, MB y bajo, B), profundidades y altitudes. Los resultados se muestran en la Tabla y Gráfica 2. 57

8 Tabla 2. Propiedades hidráulicas tomadas de 4 perfiles del suelo de una ladera norte del Parque Estatal FBP. Coordenadas X Y Punto de muestreo Flor del Bosque Puebla (FB) Profundidad (cm) Altitud (m) Propiedades hidráulicas del suelo S SHC (cm 3 agua/ (cm/hr) cm 3 suelo) FBA FBA FBA FBMA FBMA FBMA FBMA FBMB FBMB FBMB FBMB FBMB FBB FBB FBB La Tabla y grafica 2 muestra que la saturación y la conductividad hidráulica saturada en estos cuatro perfiles presentan un comportamiento oscilatorio entre los horizontes. 58

9 SHC S FBP FBP b) a) Gráfica 2. Análisis de dos propiedades hidráulicas del suelo del Parque Estatal FBP a diferentes puntos de muestreo alto, medio alto, medio bajo y bajo. a) Conductividad Hidráulica saturada y b) Saturación para las plantas. Conclusión En la ladera norte se observa que los horizontes superficiales permiten un mayor movimiento del agua a diferencia de los horizontes profundos, mientras que la mayor la saturación de agua en el suelo se presenta en los horizontes intermedios de los 4 perfiles. El suelo de la ladera sur a diferentes horizontes muestra cierta similitud en las propiedades hidráulicas calculadas. Los resultados obtenidos con el programa Hydraulic Properties Calculator del USDA/ARS indican que a mayores profundidades de suelo de 15 a 51 cm la saturación de agua en el suelo es favorable, considerando que la textura del suelo es variable, así mismo, la conductividad hidráulica saturada se comporta mejor en horizontes superficiales y profundos, lo que nos refleja que en la zona intermedia del perfil existe un horizonte que no permite la movilidad del agua en el suelo. 59

10 Agradecimientos A la VIEP por el apoyo otorgado para realizar esta investigación. Referencias [1] Barrios, R. y Florentino, A Propiedades hidráulicas de dos suelos subirrigados cultivados con palma aceitera en el estado de Monagas, Venezuela. Revista Agronomía Trop. 58(2): [2] De Santa, F.; López, P. y Calera, A Agua y agronomía, España, Mundi- Prensa, 606 p. [3] López, E.; Soto, B.; Rubinos, D.; Díaz, F Efectos de las propiedades hidráulicas del suelo sobre la respuesta hidrológica calculada por LISEM 5.0. Coruña 26 (1): [4] Luna, D Estandarización de ensayos de conductividad hidráulica de campo para el diseño de obras de infiltración. Tesis de maestría. Escuela de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile. [5] Moret, D.; Saâdi, Z. y Haverkamp, R Determinación de los parámetros hidráulicos del suelo a partir de la medida de la evolución temporal de la humedad a diferentes profundidades en condiciones homogéneas de perfil del suelo. 8(1): [6] Orson, W. y Vaughn, E Principios y aplicaciones del riego, España, Reverté. [7] Saxton, K.; Rawls, W.; Romberger, J. and Papendick, R Estimating generalized soil-water characteristics from texture. Soil Sci. Soc. Amer. J. 50(4): [8] SEMARNAT. Plan de Manejo Parque Estatal General Lázaro Cárdenas Flor del bosque. 60