Rev. Fac. Agron. (LUZ). 1999, 16: 433-442

Variación de la conductividad hidráulica en suelos saturados en relación a la concentración de sodio presente en soluciones

Variation of hydraulic conductivity on saturated soil in relation to sodium solution concentrations

Recibido el 12-04-1999 l Aceptado el 22-07-1999
1. Departamento de Edafología. Facultad de Agronomía, La Universidad del Zulia Apartado 526, Maracaibo, Venezuela. e- mail: ichirino@luz.ve

Resumen

El presente trabajo tuvo como objetivo la evaluación del efecto de la presencia de sodio en soluciones, a través de experimentos en condiciones de laboratorio, relacionándose porcentaje de sodio intercambiable (P.S.I) y conductividad hidráulica del suelo saturado (Ko) en tres tipos de suelos diferentes a saber: un suelo arcilloso (alfisol), uno de textura media (oxisol) y un arenoso (entisol). Se concluyó que la presencia de sodio no afecta de igual manera los diferentes tipos de suelos. También el "límite crítico de concentración" varía con el tipo de suelo y con el P.S.I del mismo. Para el alfisol de mayor capacidad de intercambio catiónico (C.I.C) el valor de P.S.I crítico fue menor de 5%. En el caso del oxisol el P.S.I crítico fue inferior a 8% y para el entisol fue menor de 6%.
Palabras clave: P.S.I, C.I.C, conductividad hidráulica, "limite crítico de concentración".

Abstract

Introducción

El uso de aguas de riego con elevada concentración de sodio puede provocar consecuencias indeseables tanto para el suelo como para la planta, desde la disminución de la conductividad del suelo hasta el aumento de la presión osmótica del suelo, con los consecuentes problemas asociados a cada cultivo.

Los efectos perjudiciales causados por la presencia de sodio en suelos, fueron primeramente detectados en regiones áridas y semiáridas donde eran usadas aguas salinas y sódicas para irrigación.

Con relación a la conductividad hidráulica del suelo se ha señalado (14) que este es un parámetro esencial en la determinación cuantitativa del movimiento del agua en el suelo y, consecuentemente para solucionar problemas que envuelven irrigación, drenaje, recarga y conservación del suelo. La conductividad hidráulica es afectada por la textura y estructura del suelo, (13) siendo mayor en suelos altamente porosos, fracturados o agregados y menor en suelos densos y compactados. También puede ser afectada por el exceso de sodio (Na⁺) presente o adicionado al suelo (5).

Según Pauletto et al. (11), la primera ecuación que posibilitó la cuantificación del movimiento de agua en medios porosos saturados fue presentada por Darcy en 1856. De acuerdo con Cadima et al. (1), los primeros métodos desarrollados para el cálculo de la conductividad hidráulica fueron de laboratorio, utilizando muestras con estructura deformadas. Por otro lado, todo parece indicar (7) que los métodos de laboratorio para muestras con estructura deformada e indeformada pueden ser utilizados y estos a su vez son subdivididos para condiciones de saturación y no saturación.

Entre los métodos de laboratorio para la determinación de la conductividad hidráulica en condiciones de saturación se incluyen el permeámetro de carga constante y el permeámetro de carga decreciente (7).

En cuanto a la disminución de la permeabilidad del suelo por la adición de sodio, se sugiere que la expansión de las partículas de arcilla, aumenta con la sodicidad de la misma y puede resultar en un bloqueo total o parcial de los poros conductores. (12)

Actualmente se reconoce la importancia de la dispersión de las arcillas en afectar la permeabilidad del suelo (2) (15). Según estos autores la dispersión de las arcillas puede causar la formación de una costra de arcilla impermeable en el perfil del suelo.

La permeabilidad de un suelo al agua depende del P.S.I presente en ese suelo y de la concentración de sales de la solución percolante o R.A.S de acuerdo con varios autores (12) (8) (9) (16) (4). En ese aspecto (3) se ha trabajado en un suelo aluvial demostrándose que manteniendo la concentración salina constante, el aumento de la R.A.S de la solución percolante provocó una reducción en la conductividad hidráulica del suelo saturado (Ko).

La expansión de las arcillas no es muy afectada por valores de P.S.I por debajo de 10%, pero se torna importante cuando se tiene valores por encima de 15% (8) (10).

Ante lo expuesto el presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto de la presencia de sodio, cuantificado por el P.S.I del suelo, en la Ko de tres suelos de la región de Piracicaba, Estado de São Paulo, Brasil.

Materiales y métodos

Fueron utilizados tres tipos de suelos diferentes: alfisol, oxisol y entisol, colectados en la región de Piracicaba, estado de São Paulo, Brasil de la capa arable de 0-20 cm. Esos suelos fueron escogidos en virtud de las diferencias entre los valores de capacidad de intercambio catiónico como se detalla en el cuadro 1.

El experimento fue conducido en el laboratorio de Química Analítica de la Escuela Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" de la Universidad de São Paulo (ESALQ/USP), y fue realizado en etapas, siendo la etapa previa de prueba con los diferentes suelos y con diferentes soluciones que contenían sodio, para verificar el efecto de cada una de ellas en el P.S.I de cada suelo. Así fueron probadas soluciones de NaCl (pH 7,0 y 5,5); Ac. de Na (pH 7,0); NaHCO₃ (pH 7,0 y 8,2); Na₂SO₄ (pH 5,5 y 7,0); NaNO₃ (pH 7,0 y 5,7). En virtud de los resultados obtenidos se optó por la utilización de acetato de sodio (pH 7,0). Se hicieron pruebas previas para determinar las concentraciones de Na que serían utilizadas en el montaje del experimento y de las condiciones para la determinación de Ko.

Con respecto a la conductividad hidráulica (Ko) varios métodos fueron probados de los cuales el que presentó mejores resultados fue el de permeámetro de carga decreciente, cuyo esquema aparece en la figura 1.

Metodología. 5 g de muestra de suelo fueron colocados en un tubo de percolación (1) de 1,8 cm de diámetro y 20 cm de altura. Ese tubo se conectó a un segundo tubo (2) a través de una manguera de látex (figura 1). Ese segundo tubo fue provisto de una pinza de Mohr para cerrar la salida en (A') y se adicionó agua al tubo 2 de forma que penetrara de abajo hacia arriba provocando la saturación del suelo.

Después de 18 horas de saturación que permitió el arreglo de las partículas, se cerró la manguera de comunicación entre los tubos 1 y 2 con otra pinza de Mohr. Se retiró la pinza colocada en (A') y después de vaciar el contenido de agua en el tubo 2 se retiró la pinza de la manguera de comunicación entre los tubos. La Ko fue determinada a través de la disminución de la altura de la columna de agua medida en intervalos de 1 hora, hasta un máximo de 24 horas. Los valores de Ko usados fueron los medidos seis (06) despues del inicio de la percolación (estabilización de valores de Ko), por medio de la ecuación siguiente: Ko = (aL/At) ln(H1/H2)_, Donde: Ko= conductividad hidráulica del suelo saturado. t = t₂-t₁ , intervalo de tiempo para que la diferencia de potencial hidráulico disminuya de H₁ para H₂. A= área de la transversal de la columna de suelo. a= área de la sección transversal del tubo de vidrio. L= altura de la muestra de suelo.

Figura 1. Esquema del permeámetro de carga decreciente para determinación de la conductividad hidráulica del suelo saturado (Ko).

En el presente caso A= a, por tanto, la ecuación se simplifica como sigue: Ko = (L/t) ln(H₁/H₂)

Para la determinación del P.S.I fue hecha la evaluación del contenido de sodio adicionado en la forma de acetato pH 7 y la correspondiente variación del mismo. En este caso el acetato de sodio (pH 7) fue adicionado en las cocentraciones de 100 ppm (4,35 meq Na⁺/dm³), 400 ppm (17,39 meq Na⁺/dm³) y 800 ppm (34,79 meq Na⁺/dm³).

Metodología: A las muestras de 5 g de cada uno de los suelos fueron adicionados 50 mL (2 x 25 mL) de la solución de sodio, después de eso el exceso de sodio fue lavado con 50 mL 5 x 10 mL) de solución de hidroalcohólica  80% y posteriormente 75 mL de solución de acetato de amonio 1N (pH 7). el extracto obtenido fue analizado para Na⁺ en fotómetro de llama Micronal B262. Las determinaciones fueron hechas con tres (03) repeticiones.

La Ko fue determinada aquí como fue descrita en el punto anterior.

Como apoyo para el análisis estadísticos de los resultados se empleó el Sanest (Sistema de análisis estadístico) del Centro de Informática en la Agricultura (Ciagri) de la ESALQ/USP.

Resultados y discusión

La variación del P.S.I en función de la cantidad de Na⁺ adicionado es presentada en la figura 2, la cual muestra la correlación entre cantidad de sodio adicionado y P.S.I. En ella se observa que los valores de P.S.I. son proporcionalmente mayores en oxisol y entisol. En ninguno de los suelos se consiguió un valor de P.S.I. de 100. Estos resultados concuerdan con los que se han obtenido (6). Si por un lado los valores de P.S.I son menores en suelos de C.I.C. efectiva mayor, por otro la cantidad de Na⁺ adsorbido es mayor en esos suelos (tablas 2 , 3 , y 4). Se puede observar también que a partir de adiciones de Na⁺ superiores a 1,74 meq Na⁺ / 5 g de suelo, lo que corresponde a 34,8 meq Na⁺ / 100 g de suelo, no se consigue obtener correspondientes aumentos de P.S.I., esto es posiblemente debido a la existencia de sitios preferenciales de intercambio en los suelos. En lo que respecta a la Ko, esta disminuye con el aumento del P.S.I., lo que confirma los resultados obtenidos en trabajos que relacionan esos dos parámetros (12) (8).

Para el alfisol la figura 3 muestra que de acuerdo con el concepto de "límite crítico de concentración" (12) valores de P.S.I menores de 5% provocarían una disminución de 15% en Ko. Cuando se considera el valor de P.S.I igual a 15, que según varios autores (8, 10), es aquel a partir del cual el sodio comienza a afectar seriamente la permeabilidad, la Ko sería de 3,51cm/día (calculada por la regresión presentada en la figura 3), lo que representa una disminución de 73,60 % en el valor de Ko, muy superior al definido por el concepto de "limite crítico de concentración". Para adiciones correspondientes a 0,87 y 1,74 meq Na⁺/ 5g de suelo se alcanzó 23,22 y 32,87 de P.S.I, respectivamente, lo que provocó disminución de 81,35 y 88,04 % en Ko de ese suelo. Observando la figura 3, la ecuación de regresión para el alfisol, aunque tenga un coeficiente de correlación de 0,9321 no ; muestra el real comportamiento de la Ko del suelo en relación al P.S.I. Mientras que observando la curva se puede deducir un aumento en los valores de Ko a partir de 32,87 de P.S.I, obtenido al observar los valores de Ko (línea trazada) tornando erróneas extrapolaciones de Ko para valores y P.S.I superiores a 32,87.

Figura 2. Variación del porcentaje de sodio intercambiable (P.S.I) en función del Na⁺ aplicado (meq/5 g suelo).

cuadro 2. cantidades de Na⁺ aplicado (meq/5g suelo), P.S.I. y Ko en el suelo Alfisol.

(1) Media de tres repeticiones. (2) Corresponden a una adición de 0; 4,35; 17,40; y 34,80 meq/100g de suelo.

Cuadro 3. Cantidades de Na⁺ aplicado (meq/5g de suelo), P.S.I y Ko en el suelo Oxisol.

(1) Media de tres repeticiones. (2) Corresponden a una adición de 0; 4,35; 17,40; y 34,80 meq/100g.

Cuadro 4. Cantidades de Na⁺ aplicado (meq/5g de suelo), P.S.I y Ko en el suelo Entisol.

(1) Media de tres repeticiones. (2) Corresponden a una adición de 0; 4,35; 17,40; y 34,80 meq/100g de suelo.

Figura 3. Variación de Ko para el alfisol en función del P.S.I.

En oxisol se observó una disminución de 28,38% en Ko correspondiente a un valor de P.S.I de 15,27. Esto indica que el "limite crítico de concentración", calculado por la regresión representada en la figura 4, para el oxisol corresponde a 8%. Para cantidades de Na⁺ adicionado entre 0,87 y 1,74 meq / 5g de suelo (equivalentes a 17,4 y 34,8 meq Na⁺ / 100g de suelo) la disminución de Ko fue de 46,6 y 52,4 % respectivamente.

El "límite crítico de concentración" es un parámetro que varía en función del tipo de suelo, y del porcentaje de sodio intercambiable mismo. En las condiciones del presente experimento el valor crítico para el alfisol fue menor al 5%; en el oxisol el P.S.I crítico fue menor del 8%; y en el entisol el P.S.I crítico fue menor de 6%.

Literatura citada

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