Revista Científica UDO Agrícola Volumen 4.
Número 1. Año 2004. Páginas: 42-52
Evaluación terramecánica del crecimiento radical en un suelo ultisol
de sabana del Estado Monagas, Venezuela
Terramechanic evaluation of
the root growth in an ultisol soil of savanna of the
Américo J. Hossne G.
Departamento de Ingeniería
Agrícola, Escuela de Ingeniería Agronómica, Universidad de Oriente. Dirección
de correos: Américo Hossne, Apartado Postal 414, Maturín, Monagas, Venezuela
6201-A. Email: americohossne@cantv.net
RESUMEN
Es
un concepto generalizado que las densidades aparentes (rN, rS) del
suelo son índices del crecimiento radical al considerar que las raíces crecen a
través de los espacios interpartículas y que los suelos compactados, sin referencia
comparativa con la humedad, ofrecen resistencia. Esto ha conllevado a
considerar que el impedimento primordial en el desarrollo radicular es la
compactación. Los índices mecánicos del suelo son pocos o casi nunca nombrados
para los suelos agrícolas, a menos que se trate de tracción. El objetivo
general se basa en evaluar las condiciones mecánicas y físicas de los suelos de
sabana con el fin de producir informaciones contribuyentes a esclarecer el
proceso del crecimiento radical. Los objetivos específicos consistieron en: (a)
relacionar los esfuerzos ejercidos por las raíces desarrollados en su
crecimiento y la resistencia mecánica del suelo estudiado y (b) evaluar las
condiciones físicas y mecánicas del suelo y su influencia en el desarrollo radical.
La metodología se basó en los métodos de Mecánica y Física de Suelo para
evaluar algunos índices físicos, el Aparato Triaxial para evaluar la tensión
cortante t y la evaluación de los
esfuerzos radicales versus resistencia edáfica en el proceso de crecimiento
radical por análisis bibliográfico. El análisis de regresión fue utilizado para
interpretar la variancia entre los parámetros. Entre los resultados: (1) se
estableció la tensión cortante del suelo, (2) se registraron valores
comparativos de las cargas axiales de las raíces y las resistencias del suelo
que inhiben su crecimiento con los valores de la tensión cortante t en función de la humedad (w), los límites de
consistencia y la capacidad de campo, y (3) la importancia de algunos
componentes texturales y materia orgánica. Se concluye: (a) la humedad edáfica
influye en la penetrabilidad radical, el cual disminuye las acciones de
resistencia de los parámetros físicos y terramecánicos; (b) la raíz crece, de
acuerdo a la sección de área, a través del suelo por donde haya menor
resistencia, o cizallando el suelo en donde la tensión axial radical sea al
menos mayor a la resistencia del suelo, en donde las masas de suelos
posiblemente colapsan una frente a la otra o que el crecimiento radial produce
apertura lateral favoreciendo el crecimiento radial, y (c) la acción de crecimiento de las raíces
aumentan su tensión axial al aumentar la resistencia del suelo con un valor
crítico de 2.343,2 kPa para un 20,78 % de crecimiento. Estos suelos ejercen una
resistencia menores a los 0,5 MPa en el rango de la capacidad de campo.
Palabras
clave: Resistencia mecánica
del suelo, tensión axial, límites de consistencia, humedad edáfica.
ABSTRACT
It is a widespread concept
that the apparent densities (rN, rS) of the soil are
index of radical growth when considering that the roots grow through the
interparticle spaces and that the compacted soil, without comparative reference
of the soil humidity, offer resistance. This has borne to consider that the
primordial impediment in the radical development is soil compaction. The
mechanical soil indexes are few or hardly ever mentioned for the agricultural
soils, unless it is a question of soil traction. The general objective is based
on evaluating the mechanical and physical conditions of the savanna soils with
the purpose of producing contributing information to clarify the process of the
radical growth. The specific objectives consisted in: (a) to relate the efforts
exercised by the roots developed in their growth and the mechanical resistance
of the studied soil and (b) to evaluate the physical and mechanical conditions
of the soil and their influence in the radical development. The methodology was
based on the methods of Soil Mechanics and Soil Physics to evaluate some physical
indexes, the Apparatus Triaxial to evaluate the shear tension t and the evaluation
of the efforts versus soil resistance in the process of radical growth obtained
bibliographically. The regression analysis was used to interpret the variance
among the parameters. Among the results: (1) the soil shear tension was
established, (2) comparative values of the axial loads of the roots and soil
resistances that inhibit its growth with the values of the shear tension t as a function of
the soil humidity (w), the limits of consistency and the field capacity, and
(3) the importance of some textural components and organic matter. It is
concluded: (a) the soil humidity influences radical penetrability, which
diminishes the actions of the physical and terramechanic parameters resistance;
(b) the root grows, according to the area section, through the soil where there
is maller resistance, or shearing the soil where the radical axial tension is
at least bigger to the soil resistance where the soil masses possibly collapse
one in front of the other or that the radial growth produces lateral opening
favoring the radial growth, and (c) the root growth action increases its axial
tension when increasing the soil resistance with a critical value of 2,343.2
kPa for 20.78% of growth. These soils exercised a resistance minor to the 0.5
MPa in the range of the field capacity.
Key words: Soil mechanic resistance, axial tension,
consistency limits, soil moisture.
.
INTRODUCCIÓN
El entendimiento del proceso fisiológico y biofísico
del crecimiento radicular de las plantas en los suelos, podría proveer
resultados para evaluar la selección de plantas con sistemas radicales que
mejor se adapten a condiciones particulares (Bengough et al 2004b). Es muy creído que en las áreas de sabana, el
desarrollo radicular es impedido por la compactación de estos suelos que pueden
comprimirse hasta por si mismo debido a los cambios de humedad, la influencia
de la temperatura y el abandono del suelo después de la cosecha a la
inclemencia del medio sin cobertura viva. La densidad aparente seca (rS) es un
índice de compactación o porosidad aerífera. Se le ha considerado como un
índice de penetrabilidad radical. Un axioma generalizado es que las raíces crecen
a través de los espacios interpartículas y que por lo tanto los suelos
compactados ofrecen resistencia. Lutz (1952) enfatizó que existía un gran vacío
en el conocimiento sobre impedimentos mecánicos y el crecimiento de las
plantas.
Los estudios de la resistencia al cizalleo de los
suelos agrícolas por efecto de la presión radical han sido poco incursionados,
posiblemente debido a la aceptación generalizada que el crecimiento de las
raíces es contrarrestado por la compactación y que crecen al través de los
intersticios edáficos. Al respecto, Martino y Shaykewich (1994) establecieron
que la resistencia de 2000 kPa del suelo es crítica para la penetración radical
y que es independiente de la textura; sin embargo, en la mayoría de los casos
con resistencias mayores de 2000 kPa, las raíces son capaces de crecer
utilizando los canales bióticos, los espacios y las heterogeneidades de la
estructura del suelo. Zou et al
(2001) concluyeron que la elongación radical decrece exponencialmente con el
aumento de la resistencia del suelo cuando el potencial mátrico se mantiene
constante y los poros aeríferos son mayores de
MATERIALES Y MÉTODOS
El muestreo para realizar las pruebas en el
triaxial se realizó en suelos de sabanas de Jusepín, estado Monagas, situada a
|
Cuadro 1. Distribución del tamaño de partículas en el perfil del
suelo estudiado. Suelo de sabana Ultisol del Estado Monagas, Venezuela |
|||||||
|
Profundidad |
Arena muy gruesa |
Arena gruesa |
Arena media |
Arena fina |
Arena muy fina |
Limo |
Arcilla |
|
cm |
% |
||||||
|
0 - 15 |
0,22 |
2,91 |
12,18 |
39,13 |
13,93 |
19,43 |
12,20 |
|
15 - 30 |
0,52 |
2,23 |
11,07 |
41,09 |
10,51 |
18,38 |
16,20 |
|
30 - 45 |
0,30 |
2,46 |
10,30 |
34,56 |
12,58 |
21,60 |
18,20 |
|
45 - 60 |
0,33 |
2,64 |
10,84 |
30,69 |
14,63 |
20,67 |
20,20 |
|
Tamaño promedio de las Partículas (mm) |
1,41 |
0,72 |
0,37 |
0,15 |
0,07 |
0,02 a 0,002 |
Menor a 0,0002 |
El muestreo estratificado
se basó en el trabajo realizado por Espinoza
(1970), donde se practicó una estratificación de los suelos presentes en
Estadísticamente el análisis de regresión es utilizado para
interpretar la variancia entre los parámetros evaluados. Las pruebas triaxiales se
realizaron en el Laboratorio de Ensayo de Materiales de
La información sobre la resistencia del suelo al
crecimiento de la raíz, la penetración radical y la tensión radical axial,
fueron obtenidas de una amplia revisión bibliográfica relacionadas con los
impedimentos para el desarrollo radical.
RESULTADOS
DISCUSIÓN
Los parámetros terramecánicos cohesión aparente y ángulo
de fricción interna conforman la estructura resistente del suelo (t), los cuales varían con el contenido de materia
orgánica, componentes texturales en donde es importante la presencia de
arcillas, cationes intercambiables, el contenido de humedad del suelo, y en
especial para los suelos agrícolas el zooplantum y el fitoplantum. La humedad
edáfica produce variaciones dinámicas y rápidas en los valores de t.
Según Tardieu (1988), citado por Liegens and Richner
(2001), hay un menor consumo de agua cuando las raíces están agrupadas que
cuando se encuentran distribuidas uniformemente. El maní es bastante sembrado en
suelos tropicales semiáridos. Erráticas y limitadas lluvias limita la
productividad en estas regiones, la carencia de agua durante la colocación de
la semilla influencia altamente la productividad más que las sequías en las
fases siguientes (Boot y Hammond, 1981; Negeswara et al 1985; Pallas et al.
1979). El efecto de la carencia de agua durante la fase vegetativa indican
consecuencias mínimas en el crecimiento y rendimiento del maní (Ketring et al 1982; Reddy and Reddy 1977;
Stansell et al. 1976; Stansell and
Pallas 1976). Según Harris (1971) cuando se le aplica carga a un suelo, la
mayor acción dentro del suelo es el arreglo de las partículas y la reducción en
los poros, especialmente en los poros grandes. Este arreglo de las partículas y
reducción de los poros, aumenta tanto la compactación como la cohesión del
suelo. Esto se pone de manifiesto en
Compactación, humedad edáfica y
crecimiento radicular
El índice de plasticidad es una medida de la
cohesividad de un suelo, cuanto mayor sea su valor mayor la atracción entre las
partícula. El ángulo de fricción interno disminuye al aumentar el índice de
plasticidad. Este suelo es moderadamente plástico y un cambio de volumen es
pequeño pero sucede. El término fracción gruesa
del suelo engloba a las partículas mayores de
La variación de la densidad aparente inversamente
proporcional con respecto a la humedad edáfica, fue demostrada por Hossne
(1997a, 1997b, 1998, 1999, 2001, 2001a) para un suelo Ultisol. Esto muestra el
proceso de compactación que experimentan los suelos con la variación de la
humedad edáfica. La disminución de la densidad aparente al aumentar la humedad
del suelo conlleva a una disminución de la compactación. La compactación de los
suelos es una característica de los suelos exánimes, no son agrícolas, por
manejos inadecuados, abandonados y expuestos a variaciones de humedad por
tiempos largos. Se ha establecido que con muchas excepciones se consideran los
valores de 1,55, 1,65, 1,80 y 1,85 g/cm3 para la densidad aparente
seca, que causarían impedimentos severos en el crecimiento radical y el
rendimiento, en suelos franco arcilloso, franco limoso, franco arenoso fino, y
arenosos finos francos, respectivamente (ASAE, 1981); pero, no se dice nada del
contenido de humedad edáfica.
Unger y Kaspar (1994) concluyen que las condiciones
del tiempo a través del agua del suelo que influencian la resistencia del suelo
pueden mejorar o disminuir el efecto de compactación en el crecimiento radical.
Aún si la compactación limita el crecimiento radical, los subsecuentes eventos
de tiempo podrían mejorar o disminuir el efecto de las limitaciones radicales
al crecimiento de las plantas. Oljaca (1994) concluyó que en suelos franco limo
arcilloso pesados y livianos, que la compactación de los suelos es mayor cuando
expuestos a rodamientos de hierros y que la penetración al penetrómetro para
los rodamientos de hierros es del 22,31 % a 150 %, y para los rodamientos de
gomas es del 20,05 % al 120,63 % en
relación al suelo descompactado. Sin embargo, él no hace la observación que a
medida que aumenta el índice cónico disminuye la humedad. La humedad registrada
varió un 18,85 %, la resistencia a la penetración un 67,92 % y la densidad seca
un 5,68 %. Se podría inferir la influencia de la humedad en la variación de la
resistencia al penetrómetro. Veihmeyer y Hendrickson (1948) conclusivamente
mostraron que el aumento en la densidad seca reduce el crecimiento de las
raíces aún en suelos en donde la aireación
no era problema. No se hace mención de la humedad. Los cultivos que
crecen en áreas semiáridas y áridas del mundo en donde a menudo son sembrados
cuando el suelo está por debajo de la capacidad de campo, pero aún suficiente
para que germinen. El impedimento mecánico es función tanto de la densidad seca
como del contenido de agua. Las capas con bajo contenido de agua algunas veces
impiden el crecimiento de las raíces hasta que llueva (Taylor et al (1964)) o hasta que agua sea
aplicada por riego. Cuando el agua es agregada, la resistencia del suelo
disminuye y la penetración radical aumenta. Riego adicional que aumente el
contenido disponible de agua aumenta el crecimiento inclusive en capas de alta
resistencia (ASAE, 1981). El impedimento mecánico es más severo en áreas
semiáridas en donde la materia orgánica es baja y el suelo se seca rápidamente
(ASAE, 1981). Taylor y Burnett (1964) mostraron que al sembrar algodón, una
capa de suelo inmediatamente debajo de la semilla fue compactada por el
mecanismo de apertura y la bota sembradora; la semilla germinó y las raicillas
penetraron la capa compactada, la que subsecuentemente se secó; durante el
secamiento, el suelo se hizo resistente al aumentar la tensión cortante. Las
raíces se expandieron lateralmente por arriba y debajo de la capa compactada,
cuando la capa compactada fue humedecida por la lluvia, el diámetro radical
pronto aumentó y lo que vivía de las plantas se recuperó. Taylor et al 1964b mostraron que los suelos
aumentan en resistencia cuando compactados, y que el suelo compactado obtiene
más resistencia cuando pierden agua. Taylor y Gardner (1963), citado por Unger
y Kaspar (1994), mostraron que la resistencia del suelo es suficientemente
grande para limitar críticamente la penetración de la raíz de algodón, y que se
puede obtener aumentando la densidad aparente o disminuyendo el potencial
mátrico del agua edáfica. Además de la densidad aparente y el contenido de
humedad del suelo que afectan la resistencia del suelo, se incluye el contenido
de arcilla y los cationes intercambiables (Mathers et al (1966), citado por Unger y Kaspar (1994). Lawton (1945)
obtuvo un 65 % de reducción en el crecimiento radical del maíz en un suelo franco cuando el suelo
fue compactado a baja porosidad de
aireación de 37 % a 1,00 %.
Braunack y Williams
(1993) concluyen que el contenido inicial de la humedad es importante
para determinar la resistencia del suelo y así su perturbación. Ellos
introducen la expresión NCR = 377 – 14.7 * w para predecir la resistencia al
penetrómetro normalizado (NCR) en kPa/cm en función de la humedad para el suelo
en estudio. Según Baber et al 1972 la
cantidad de agua disponible en el suelo afecta el crecimiento radical. Las
raíces no penetran los suelos secos y la tasa de elongación disminuye al aumentar
la tensión del agua edáfica. La presencia de sustancias tóxicas, tal como la
presencia excesiva de aluminio soluble, restrigen el crecimiento radical. Dos
factores principales en suelos compactados que afectan el sistema radical son
la aireación y los impedimentos mecánicos. En otras palabras, la habilidad de
las raíces para penetrar es función de la porosidad y la compresibilidad. Otra
forma para contrarrestar la resistencia del suelo es con el agregado de materia
orgánica. Esto se puede lograr con el uso de la labranza cero, rotación de
cultivos, estercolar o aplicar otros materiales orgánicos (Unger y Kaspar,
1994). Ohu et al 1985, citado por
Unger y Kaspar (1994) mostraron que al
agregar materia orgánica disminuyó la resistencia a la penetración del suelo
cuando es compactado.
La
raíz crece a lo largo de las masas de suelo de menor resistencia, como por
ejemplo los poros, y aumenta su acción de tensión axial proporcionalmente a la
resistencia del suelo en acción cizallante de la masa de suelo que encuentre.
Bengough et al (2004b) trabajando con
arvejas encontraron que la presión de la raíces en suelos sin restricciones era
la misma que en los suelos restringidos. Cuando la raíz en su crecimiento
avanza, un número de masas del suelo, proporcional al volumen de la raíz,
fallan al colapsar una en frente de la otra. Las componentes horizontales y
verticales de la resistencia del suelo son cíclicas y en fase con cada una, con
distintos valores de crestas y canales. Cuando la raíz avanza en la masa del
suelo semiinfinito, causa fallas en intervalos periódicos. Cuando el suelo
colapsa, la raíz se mueve en la masa de suelo colapsada que a su vez causa
desplazamiento del suelo a lo largo de la raíz. Cuanto mayor sea la sección de
área de la raíz, mayor es el número de fallas. Esto varía con el tipo de raíz,
en especial aquellas que tienen componentes cálcicos en las puntas o terminales
de la raíz. Esto expuesto es la forma como sucede en elementos de aperos que se
aplican al suelo. Holloway y Dexter (1990) recomiendan el desarrollo de la
labranza biológica con variedades de lombrices que son más activas en
condiciones secas o el uso de plantas con sistemas radicales que son mejores
para penetrar los suelos compactados.
CONCLUSIONES
1.
La cohesión
aparente, el ángulo de fricción interno, la densidad aparente, la humedad
edáfica (la cual varía la magnitud inversamente proporcional de los anteriores)
afectan el crecimiento radical. El suelo estudiado bajo condiciones adecuadas
de humedad no ofrecería ninguna resistencia al desarrollo radicular. La
resistencia de los suelos de sabana en el rango de la capacidad de campo no
sería mayor de los 500 kPa. El valor crítico es del orden de 2.343,2 kPa para
un 20,78 % de crecimiento. La mayor
resistencia de estos suelos se encontró en el estado sólido con un límite
contracción entre 4% y 5 % de humedad.
2. Como la densidad aparente, la cohesión aparente y el
ángulo de fricción interna son alterados inversamente proporcionales por la
humedad edáfica, se puede inferir que la humedad edáfica es el factor
fundamental en el crecimiento radical y que es el verdadero índice de
penetrabilidad radical.
3. La raíz crece, de acuerdo a la sección de área, a
través del suelo por donde haya menor resistencia o cizallando la masa de suelo
cuando s de la raíz (radial o
axial) sea mayor a la resistencia del suelo, las masas de suelos colapsan una
frente a la otra.
4.
Cuando se presentan valores de las densidades
aparentes, índices cónicos, la cohesión aparente y el ángulo de fricción
interna deben estar acompañadas de la humedad edáfica, características
texturales del perfil físico y el perfil químico del suelo en cuestión. Si es
posible, la precipitación caída en el lugar bajo estudio.
5.
La densidad aparente no se le debería considerar el
índice de penetrabilidad radical, sólo como un índice de porosidad aerífera o
de compactación. Los efectos de los parámetros terramecánicos juegan gran
importancia.
AGRADECIMIENTOS
El autor desea expresar su agradecimiento al Consejo
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CIENTÍFICA UDO AGRÍCOLA
