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PROBLEMARIO DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL SUELO
Elías Jaime Matadamas Ortiz I. DENSIDAD DEL SUELO. Una de las características importantes del suelo es su densidad. En términos elementales decimos que la densidad de un cuerpo es la relación que existe entre la masa o peso del cuerpo y su volumen:
d= p/v
Donde: d= densidad
p= peso del cuerpo
v= volumen que ocupa en el espacio
Así, el suelo considerado como un cuerpo organizado tiene una densidad que depende de una relación del peso, tamaño y del arreglo de sus partículas sólidas de origen mineral y orgánico, y de los espacios vacíos inter-partículas e intra- agregados. Esta densidad particular del suelo es llamada Densidad aparente (Dap) :
Dap= Pss/Vt
Donde: Dap= Densidad aparente (g/cm^3 )
Pss= Peso del suelo seco (gramos)
Vt= Volumen total (cm^3 )
El peso del suelo seco ( Pss) resulta de un tratamiento convencional de poner la
muestra de suelo dentro de una estufa a una temperatura de 105ºC por un tiempo de 24 horas. A su vez, el volumen total del suelo (Vt) es la suma del volumen que ocupan las partículas sólidas del suelo (Vp) y el volumen del espacio poroso o espacio vacío (Vep). Por lo cual tenemos:
Vt= Vp + Vep
Vp= Vt – Vep
Vep=Vt – Vp
Otro valor de densidad del suelo es la Densidad real (Dr) , la cual se define como la relación que existe entre el peso del suelo seco (Pss) y el volumen de las partículas (Vp):
Dr= Pss/Vp
Para un suelo agrícola el valor de la densidad real es de aproximadamente 2 .65 g/cm^3.
Ejemplo 1. Calcular la densidad aparente de una muestra de suelo en la que se
determinó un peso seco de 175 gramos y un volumen total de 140 cm^3.
Solución: Dap= Pss/Vt Dap= 175/140= 1.25 g/cm^3
Ejemplo 2. Calcular la densidad real de la muestra del ejemplo anterior cuyo peso es de
175 gramos y un volumen de sus partículas sólidas (Vp) de 66 cm^3.
Solución: Dr=Pss/Vp Dr= 175/66 = 2.65 g/cm^3
II. EL PESO DE UN SUELO AGRÍCOLA.
Con el valor de la densidad aparente de un suelo agrícola (Dap) podemos calcular el peso de una determinada superficie de terreno (m^2 ) a una cierta profundidad (m):
Ejemplo 3. Calcular el peso de un terreno de una superficie de 10 000 m^2 (1 ha) a una
profundidad de 20 cm (0.20 m) y que tiene un valor de densidad aparente (Dap) de
1.25 g/cm^2.
Solución: En principio tenemos que calcular el volumen de suelo que deseamos calcular
son esenciales para la vida de los microorganismos del suelo y para el desarrollo de las raíces de las plantas. Como ya vimos, existe un cierto volumen vacío en la matriz del suelo cuyo valor se simboliza como Vep , o volumen de espacio poroso. Considerando este valor y relacionándolo con el volumen total del suelo (Vt), podemos determinar la porosidad de un suelo, la cual se define como el porcentaje de espacio poroso con respecto al volumen total , y cuya fórmula es:
% porosidad = [(Vep)/(Vt)] x 100
Donde : Vep, volumen de espacio poroso (cm^3 )
Vt, volumen total (cm^3 )
Ejemplo 5. Calcular el porcentaje de porosidad de un suelo cuyos valores de volumen de
espacio poroso y de volumen total son de 80 cm^3 y 174 cm^3 , respectivamente.
Solución: % porosidad = [80 / 174] x 100 = 45.97 %.
Derivado de una serie de razonamientos matemáticos, que no abordaremos aquí, podemos calcular el porcentaje de porosidad de un suelo a partir de los valores de densidad aparente (Dap) y de la densidad real (Dr) de un suelo con la siguiente fórmula: % de porosidad = [ 1 – (Dap/Dr)] x 100
Ejemplo 6. Calcular el porcentaje de porosidad de un suelo que tiene una densidad
aparente de 1.25 g/cm^3 y una densidad real de 2.65 g/cm^3.
Solución: % porosidad = [ 1 – (1.25/2.65)] x 100 = 52 .83 %.
Con un porcentaje de porosidad de 52.83 % lo ideal es que la mitad de ese espacio esté ocupado por agua y la otra mitad esté ocupado por aire o atmósfera.
Dap = [1- (% porosidad/100)] x Dr
IV. CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO (CIC).
La capacidad de intercambio de cationes se define como la cantidad de miliequivalentes (meq) de cationes intercambiables presentes en el complejo
de adsorción por cada 100 g de suelo seco. Se define a 1 equivalente (1 eq) al resultado de dividir el peso atómico del elemento ión entre su número de valencia:
1 equivalente = peso atómico / valencia
Ahora bien, 1 miliequivalente (1 meq) es la milésima parte de un equivalente:
1 miliequivalente (meq) = 1 equivalente/ 1000
De esta manera cada catión tendrá una equivalencia con relación a otros cationes en el intercambio que se efectúa entre el complejo de adsorción y los cationes de la solución del suelo tomando como base de comparación a 1 mg de H+. Entre los cationes de importancia agrícola que se encuentran en el suelo tenemos: H+, Ca2+, Mg2+, K+^ y Na+. A continuación calcularemos los gramos de cationes equivalentes a 1 miliequivalente ( 1 meq). Nombre del catión Simbolo Peso atómico Valencia 1 meq (gramos) Hidrógeno H+^1 1 0. Calcio Ca2+^40 2 0. Magnesio Mg2+^24 2 0. Potasio K+^39 1 0. Sodio Na+^23 1 0. Por lo anterior, un miliequivalente de H+^ corresponde a 0.001 gramos del catión o a 1 mg en 100 g de suelo, que a su vez es equivalente a 0.020 g de Ca2+, 0.012 g de Mg2+, 0.039 g de K+^ y a 0.023 g de Na+^ en el fenómeno de intercambio de cationes. Si tomamos los datos del ejemplo No. 3 relativos al peso del suelo en donde una 1 ha de suelo a una profundidad de 20 cm peso 2’ 500 000 Kg o 2 500 ton; 1 miliequivalente de cada uno de estos cationes corresponderá a una cantidad en kilos del catión por hectárea: Catión 1 meq (gramos en 100 g suelo) Peso de una hectárea (Kg) Kilogramos del catión /ha H+^ 0.001 2.5 x 10^6 Ca2+^ 0.020 2.5 x 10^6 Mg2+^ 0.012 2.5 x 10^6 K+^ 0.039 2.5 x 10^6 Na+^ 0.023 2.5 x 10^6 Observando la tabla anterior, la primera cuestión que se nos viene a la mente es ¿Cómo salieron los datos de los kilogramos del catión por hectárea?. La respuesta es muy simple y resulta de hacer el siguiente razonamiento:
de esa hectárea es de 3 500 toneladas. Calcular la catidad de kilogramos de cada uno
de los cationes.
Solución: En principio calculamos la cantidad en kilogramos de 1 meq de cada uno de
los cationes en ese peso de suelo, aplicando la fórmula proporcionada antes:
1 meq de Ca2+^ = [(0.000020) (3 500 000) / 0.1] = 700 Kg de Ca2+
1 meq de Mg2+= [(0.000012) (3 500 000) / 0.1] = 420 Kg de Mg2+
1 meq de Na+^ = [(0.000 023 ) (3 500 000) / 0.1] = 805 Kg de Na+
1 meq de K+^ = [(0.000039) (3 500 000) / 0.1] = 1365 Kg de K+
1 meq de H+^ = [(0.000001) (3 500 000) /0.1] = 35 Kg de H+
Ahora solo resta multiplicar la cantidad en kilogramos del catión por el número de
miliequivalentes:
700 Kg de Ca2+^ x 21 = 14 700 Kg de calcio
420 Kg de Mg2+^ x 6 = 2 520 Kg de magnesio
805 Kg de Na+^ x 2 = 1 610 Kg de sodio
1 365 Kg de K+^ x 2 = 2 730 Kg de potasio
35 Kg de H+^ x 1 = 35 Kg de hidrógeno
Otra situación de cálculo es la que se presenta cuando nos proporcionan los datos de la cantidad de kilogramos de los cationes y nosotros tenemos que determinar el número de cationes para un cierto peso de suelo.
Ejemplo 8. Una hectárea a una profundidad de 18 cm tiene un peso de 2 448 ton y
encontramos 600 Kg de calcio; 45 Kg de hidrógeno; 560 Kg de magnesio y 984 Kg de
potasio. Calcular el número de miliequivalentes de cada uno de los cationes y la
capacidad de intercambio de cationes de ese suelo.
Solución: En primer lugar tenemos que calcular a cuantos kilogramos equivalen a 1 meq
de cada catión para ese peso del terreno:
1 meq de Ca2+^ = 489.6 Kg
1 meq de H+^ = 24. 5 Kg
1 meq de Mg2+= 293.8 Kg
1 meq de K+^ = 954.7 Kg
Luego dividimos la cantidad de Kilogramos del catión que nos proporcionan entre el
peso equivalente de cada catión:
Número de meq/100 g de suelo de Ca2+^ = 600/489.6 = 1.2 meq
Número de meq/100 g de suelo de H+^ = 45/24.5 = 1.8 meq
Número de meq/100 g de suelo de Mg2+= 560/293.8 = 1.9 meq
Número de meq/100 g de suelo de K+^ = 984/954.7 = 1.02 meq
Para calcular la capacidad de intercambio de cationes de ese suelo solo sumamos el
número de meq/100 g de suelo de cada catión:
CIC= (1.2 + 1.8 + 1.9 + 1.02) = 5.92 meq/100 g de suelo.
V. PORCENTAJE DE SODIO INTERCAMBIABLE (PSI).
El porcentaje de sodio intercambiable (PSI) es la proporción de miliequivalentes de sodio que se encuentra en el complejo de adsorción con relación a la capacidad de intercambio catiónico de ese suelo y se calcula con la siguiente fórmula:
PSI = (meq de Na+/CIC) x 100
Ejemplo 9. Calcular el PSI de un suelo cuyo valor de CIC es de 36 meq/100 g de suelo y
con 5 meq de Na+^ intercambiable.
Solución: PSI = (5/36) x 100 = 13.88 %
La presencia del catión sodio en el suelo tiene importancia práctica ya que con un valor superior del 15 % tenemos problemas de sodicidad y disgregación consecuente de los separados del suelo. VI. PORCENTAJE DE SATURACIÓN DE BASES (PSB). A los cationes Ca2+, Mg2+, K+^ y Na+^ se les denomina cationes base y al catión H+^ se le considera un catión ácido. La proporción de cationes base en relación a la CIC se le conoce como el porcentaje de saturación de bases y nos da una idea de la naturaleza de los cationes intercambiables del complejo de adsorción y de la fertilidad del suelo. Se calcula con la siguiente fórmula:
PSB = (No. de meq de cationes base/CIC) x 100
Ejemplo 10. Calcular el valor de PSB de un suelo que tiene una CIC de 24 meq/100 g
suelo de los cuales 2 meq son de hidrógeno y el resto son de calcio, magnesio, potasio
y sodio.
PROBLEMAS:
- Una muestra de suelo se seco a la estufa a 105ºC por un tiempo de 24 horas y pesó 202.8 gramos y se determinó que esta muestra ocupaba en el suelo un volumen de 156 cm^3. Calcule el valor de la densidad aparente de esta muestra.
- Al utilizar el método de terrón parafinado para la determinación de la densidad aparente de un suelo obtuvimos que el terrón sin parafinar tuvo un peso de 29. gramos; el terrón parafinado pesó 33.5 gramos y éste ocupo un volumen de 22.9 cm^3. Sabiendo que la parafina tiene una densidad de 0.7 g/cm^3 calcule el valor de la densidad aparente.
- Calcule el peso de un terreno de 12 000 m^2 a una profundidad de 50 cm, sí ese suelo agrícola posee una densidad aparente de 1.65 g/cm^3.
- Determine el peso de un terreno de ½ hectárea a una profundidad de 60 cm, donde los primeros 40 cm tienen una densidad aparente de 1.56 g/cm^3 y el resto de la profundidad tiene una densidad aparente de 1.48 g/cm^2.
- Calcule el porcentaje de porosidad de un suelo que tiene un valor de densidad aparente de 1.89 g/cm^3 y una densidad real de 2.65 g/cm^3.
- Realice el cálculo del porcentaje de porosidad de un terreno cuya superficie es de 15 246 m^2 a una profundidad de 45 cm. Del volumen total, 3 567.56 m^3 es ocupado por las partículas sólidas y el resto es de espacio ocupado por el agua y el aire.
- Tenemos un terreno de 0.8 has y que a una profundidad de 30 cm tiene una densidad aparente de 1.46 g/cm^3 y se determinó que tiene 560 Kg de hidrógeno; 890 Kg de magnesio; 238 Kg de calcio; 742 Kg de sodio y 860 Kg de potasio. Determine su capacidad de intercambio catiónico (CIC).
- Del ejercicio anterior tenemos que el suelo posee 15.98 meq de hidrógeno; 2.12 meq de magnesio; 0.34 meq de calcio; 0.92 meq de sodio y 0.58 meq de potasio. Determine el porcentaje de sodio intercambiable (PSI).
- Tomando siempre los datos del ejercicio anterior calcule el porcentaje de bases intercambiables y diga si el suelo es eutríco o dístrico.
- Determine el valor de pH de una solución del suelo cuya concentración de H+^ es de 0.0007 g/litro.
- Cual será el pH de la solución de un suelo cuyo valor de pOH es de 10.0.
- Si tenemos un suelo con una solución con un pOH de 4.0 ¿El suelo se considerará ácido o alcalino? SOLUCIONES: 1. 1.3 g/cm^3. 2. 1.7 g/cm^3. 3. 9 900 ton o 9’ 900 000 Kg. 4. 4 600 ton o 4’ 600 000 Kg. 5. 28.68 %. 6. 48 %. 7. 19.94 meq/100 g de suelo. 8. 4.61 %. 9. 19.85 %. Dístrico. 10. 3.15. 1 1. pH= 4.0. 12. Es un suelo alcalino.
