Propiedades, Retención y Movimiento del Agua en el Suelo

Propiedades del Agua

El agua es eléctricamente neutra, una molécula bipolar y no es simétrica, caracterizada por la formación de puentes de hidrógeno. Presenta un punto de fusión elevado, calor específico elevado, gran capacidad para solubilizar sales y una densidad relativamente baja. Posee considerables fuerzas de cohesión y adhesión, y puede moverse debido a fenómenos capilares.

Contenido de Agua en el Suelo

El contenido de agua representa la cantidad de agua presente en la matriz edáfica y suele expresarse de dos formas:

• Contenido gravimétrico (% en peso o contenido másico): determinado tras secar la muestra a 105 °C hasta alcanzar pesada constante.
• Contenido volumétrico (% en volumen): fracción de volumen ocupada por el agua respecto al volumen total del suelo.

Métodos de Medida de la Humedad

• Método gravimétrico: secado en estufa a 105 °C hasta pesada constante.
• Bloque de yeso: bloque cilíndrico que encierra dos electrodos y mide la conductividad eléctrica.
• Sonda de neutrones: emite neutrones de alta energía que pierden velocidad y energía cinética al colisionar con átomos de hidrógeno.
• TDR (Reflectometría de Dominio Temporal): mide la constante dieléctrica de la matriz del suelo.

Estado Energético del Agua en el Suelo

En el suelo, el movimiento del agua suele ser lento, por lo que la energía cinética es despreciable y la energía potencial es la más determinante. Se define un estado de referencia al que se asigna una energía potencial igual a cero; este potencial determina la dirección del flujo del agua y la cantidad de trabajo requerida desde el exterior.

Componentes del Potencial Hídrico

• Potencial gravitacional: los cuerpos son atraídos proporcionalmente a su masa; en el agua está relacionado con la cota respecto a un nivel de referencia fijado arbitrariamente (valor 0). En un suelo no saturado su impacto es menor.
• Potencial osmótico: la presencia de solutos en la solución del suelo disminuye su energía libre y su presión de vapor. Este potencial es negativo y tiene poca influencia en el desplazamiento global del agua líquida en el perfil.
• Potencial de presión: comprende los potenciales neumático, hidrostático y matricial:
  • Potencial hidrostático: ejerce una carga hidrostática positiva sobre el agua, siendo directamente proporcional a la altura de la columna líquida.
  • Potencial matricial: define el estado del agua en condiciones no saturadas como consecuencia de las fuerzas combinadas de capilaridad y adsorción.

Medida de los Potenciales del Suelo

• Potencial gravitacional: se calcula por la distancia vertical respecto al estado de referencia.
• Potencial osmótico: se mide extrayendo la solución del suelo para cuantificar la concentración de solutos.
• Potencial de presión / hidrostático: se determina mediante la altura entre el punto de interés y el nivel del agua libre que queda encima, utilizando piezómetros.
• Potencial matricial: se mide en la zona no saturada con tensiómetros.
• Potencial matricial + osmótico: se mide mediante psicrómetros de termopar que evalúan el equilibrio entre el agua del suelo y el vapor circundante.

Retención del Agua en el Suelo

El suelo retiene agua de forma que el potencial matricial se halla estrechamente vinculado con el contenido de humedad mediante la curva característica de humedad. Esta curva se obtiene a partir de medidas de campo (con tensiómetros) y de laboratorio (con dispositivos de succión o placas de presión). Dicha relación presenta el fenómeno de histéresis, donde la trayectoria previa de humedecimiento o secado influye sobre el equilibrio final.

Límites de Humedad

• Coeficiente higroscópico: contenido de humedad retenido por el suelo cuando se seca en equilibrio con el aire.
• Punto de marchitez permanente (PMP): contenido de agua por debajo del cual las raíces de las plantas ya no pueden extraer agua.
• Capacidad de campo (CC): humedad retenida tras el drenaje completo del agua de los macroporos por gravedad.
• CRAD (Capacidad de Retención de Agua Disponible o Agua Útil): representa el volumen aprovechable por la vegetación, equivalente a la diferencia: CC − PMP.

Factores que Afectan al Agua Disponible

El agua disponible se ve condicionada por:

• La estructura y el grado de compactación.
• El contenido de materia orgánica (MO).
• El porcentaje de elementos gruesos (los cuales reducen el volumen efectivo retenedor).
• La profundidad efectiva susceptible de ser explorada por las raíces.
• El contenido salino: a mayor salinidad, menor es la CRAD debido al incremento del punto de marchitez permanente.
• La textura: texturas finas presentan mayores valores de CC y de PMP, aunque esto no siempre se traduce en un incremento neto del agua disponible.

Estimación del Agua Útil

El cálculo de la reserva de agua útil para los cultivos requiere considerar:

1. Porcentaje en peso de agua a capacidad de campo: convencionalmente evaluado en torno a −33 kPa.
2. Porcentaje en peso de agua al punto de marchitez: frecuentemente estimado de forma orientativa como la mitad del contenido a capacidad de campo.
3. Densidad aparente: empleada para convertir el porcentaje másico a porcentaje volumétrico.
4. Profundidad del suelo: parámetro variable según la profundidad de enraizamiento del cultivo.
5. Contenido de elementos gruesos: fracción esquelética en la que no se computa retención de agua utilizable.

Movimiento del Agua en el Suelo

El agua en fase gaseosa se desplaza por el gradiente de presión de vapor entre los poros y mediante intercambio con la atmósfera. El movimiento del agua líquida difiere según el régimen:

• Flujo saturado: el espacio poroso está totalmente colmado de agua. Se rige por la Ley de Darcy, que establece que el flujo a través de un medio poroso es proporcional a la pérdida de carga hidráulica y a la conductividad hidráulica.
• Flujo no saturado: los macroporos se encuentran ocupados por aire y el agua permanece y se transporta a través de los microporos. Como consecuencia, la superficie de contacto entre la matriz porosa y el agua es notablemente superior.

En este marco dinámico intervienen dos conceptos clave: la infiltración (entrada del agua a través de la superficie) y la permeabilidad (capacidad del medio para permitir el paso de fluidos).