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5/10/2018 03_Textura_Esteban - slidepdf.com

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ESTUDIO DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN PARA

DETERMINAR LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO

EN LOS SUELOS DE CULTIVO DE LA ESTACIÓN

EXPERIMENTAL EL MANTARO – UNCP

Guillermo Esteban García1, Ruben Munive Cerron1, Luis Suarez Salas2 ,

Yessica Bendezu Roca1

1. Universidad Nacional del Centro del Perú.

2. Instituto de Investigaciones para el Desarrollo Tecnológico.

RESUMEN

Este trabajo de investigación tiene como Objetivo básico el estudio del suelo de laEstación experimental el Mantaro y en ella se determino la distribución de tamaño de

partículas del suelo que es una de las más importantes propiedades físicas

fundamentales del suelo que entre otros determina la textura. Los métodos populares

de análisis de textura emplean la relación entre tiempo, el recorrido, y los radios de las

partículas conforme a la sedimentación en un líquido viscoso. El objetivo de esta

investigación es estudiar la velocidad de sedimentación de las partículas con especial

interés a las partículas con diámetro <0,002 mm haciendo uso del protocolo de

caracterización mediante el método del hidrómetro la cual se encuentra regida por la

ley de Stokes que se utiliza para determinar la posición de las partículas de diferente

tamaño en la suspensión. Por ello se analizó la flotación de un hidrómetro

convencional utilizando un modelo dinámico que describe el movimiento vertical de la

partícula en función del tiempo (ASTM, 2002). Utilizando el modelo matemático que

describe el movimiento vertical de la partícula en función del tiempo, se determino las

cantidades en porcentajes de arena, limo y arcilla y por tanto la textura del suelo.

Para determinara la relación entre la cantidad de partículas de arcilla y la Capacidad

de Intercambio catiónico (CIC) se elimino la materia orgánica que contenía las

muestras de suelo por calcinación haciendo uso del Peróxido de Hidrógeno H2O2 la

cual permitió obtener una CIC específica de las partículas de arcilla.

Finalmente se realizo una grafica en el se relaciona la cantidad de arcilla en el suelo

con la CIC que esta contiene.

Palabras Clave: Partículas de suelo, velocidad de sedimentación, textura, capacidad

de intercambio catatónico.



ABSTRACT

This research has as its basic objective the study of soil from the Mantaro Experiment

Station and it was determined the size distribution of soil particles is one of the most

important fundamental physical properties of soil that among other things determines

the texture. The popular methods of texture analysis using the relationship between

time, travel, and the radii of the particles according to sedimentation in a viscous liquid.

The objective of this research is to study the sedimentation of particles with particular

interest to the particles with diameter <0.002 mm protocol using the characterization by

the hydrometer method which is governed by Stokes' law is used to determine the

position of different size particles in suspension (ASTM, 2002). Therefore analyzed the

flotation of a conventional hydrometer using a dynamic model that describes the

vertical motion of the particle as a function of time. Using the mathematical model

describing the vertical motion of the particle as a function of time, it was determined the

amounts in percentages of sand, silt and clay and therefore the soil texture.

To determine the relationship between the amount of clay particles and cation

exchange capacity (CEC) will remove organic material containing the soil samples by

calcination using the H2O2 Hydrogen Peroxide which allowed to obtain a specific

particle CIC clay.

Finally we made a graph relates the amount of clay in the soil with the ICC it contains.

Key words: Soil particles, settling velocity, texture, catatonic exchange capacity.

INTRODUCCION

El estudio de suelos es necesario para suministrar a un país el inventario de este

recurso, a fin de que el plan de acción pública pueda ser sensatamente conducido y

administrado.

La estación Experimental se sitúa en el Distrito de El Mantaro, Provincia de Jauja,

Departamento de Junín a una altura de 3 316 msnm. se extiende en la margenIzquierda del Río Mantaro, sobre una terraza aluvial media. El clima se define por la

concentración de lluvias entre los meses de Octubre a Abril y de sequias el resto del

año. Siendo el régimen de humedad ústico y de temperatura isomésico.

En esta investigación sobre el estudio del suelo se analizará algunos de los

parámetros determinantes en el diagnóstico de la fertilidad del suelo (pH,

conductividad eléctrica, textura y capacidad de intercambio catiónico), centrándonos

principalmente en el estudio de la velocidad de sedimentación para la determinación

de textura y posteriormente relacionarla con la CIC.



Por tanto este artículo tiene como objetivo principal el estudio de la velocidad de

sedimentación de las partículas del suelo que nos permita obtener información

detallada sobre la distribución de tamaño de partícula de las fracciones arena, limo y

principalmente la arcilla presentes en los suelos de cultivo a partir del comportamiento

dinámico de un hidrómetro (Bouyoucos, 1962). La sedimentación es un proceso

unitario basada en las leyes de transferencia de cantidad de movimiento y estudia la

separación sólido-líquido (Cortijo, 2007). Esta tiene por objeto la reducción de los

sólidos presentes en una suspensión bajo la acción exclusiva de la gravedad.

La sedimentación de sólidos en líquidos esta gobernada por la ley de Stokes, que

indica que las partículas sedimentan más fácilmente cuando mayor es su diámetro, su

peso específico comparado con el del líquido, y cuando menor es la viscosidad del

líquido.

El estudio de la velocidad de sedimentación nos llevara a encontrar la textura la cual

se refiere a la proporción de arena, limo y arcilla expresados en porcentaje (Sánchez

V. Javier, 2007) entre las cuales podemos clasificar de la siguiente manera: Arena son

aquellas partículas con tamaño comprendido entre 2 y 0.05 mm; Limo son aquellas

partículas con tamaño comprendido entre 0.05 y 0.002 mm; Arcilla son aquellas

partículas con tamaño inferior a 0.002mm (Mallavia Humberto, 2007).

Por otro lado la Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) puede definirse como la

capacidad total de los coloides del suelo (arcilla y materia orgánica) para intercambiar

cationes con la solución del suelo.

Los cationes, elementos con carga eléctrica positiva, en su mayor parte sirven como

nutrientes para las plantas (calcio, magnesio, potasio, sodio, etc.) estos son atraídos

hacia componentes del suelo con carga eléctrica negativa y protegidos de perderse

por arrastre del agua a través del perfil del suelo por lixiviación. Las raíces de las

plantas pueden utilizar estos elementos para su nutrición, extrayendo los cationes

retenidos e intercambiándolos por hidrógenos.

Los principales componentes de esta investigación van a estar dados por la texturaproducto del estudio de la velocidad de sedimentación y la capacidad de intercambio

catiónico producto del análisis de las concentraciones de los cationes intercambiables

(Ca+2, Mg+2, K+1 y Na+1) las cuales finalmente son corroborados con las mediciones de

pH del suelo la cual se refiere a la concentración de iones hidrógeno activos (H+) que

se da en la interface líquida del suelo, por la interacción de los componentes sólidos y

líquidos. El pH del suelo es un parámetro muy importante ya que esta nos dará a

saber si el suelo es ácido, neutro o alcalino (Jordan, 2006) el cual nos indicara si el

suelo necesita algún tipo de tratamiento comprendido o si esta se encuentra en

buenas condiciones agrícolas. Otro de los parámetros importantes es el de la



conductividad eléctrica el cual nos indicara la presencia de sales solubles presentes en

el suelo por lo cual esta se ve muy relacionada con el pH del suelo.

MATERIALES Y MÉTODOS.

El trabajo realizado se hizo con el fin de caracterizar y diagnosticar de forma inicial los

suelos de cultivo en estudio.

Para poder cumplir con el objetivo se clasificó los análisis según la prioridad teniendo

en cuenta la metodología con que estas se iban a realizar, los métodos utilizados en

esta investigación se basan en normas ASTM y USDA para la evaluación de suelos;

los parámetros y los niveles para diagnosticar la calidad de suelos fueron tomados de

la bibliografía para poder dar un nivel mayor de confianza a los resultados obtenidos.

El muestreo se inició tomando en cuenta un área de 616.14m2; realizando un

muestreo aleatorio simple, considerando una profundidad de 15cm, con un diámetro

de 10 cm, tomando las muestras en forma de zic zac por toda el área de estudio.

Culminado la operación anterior, se procedió a la preparación de la muestra, el cual

consistió inicialmente en un tamizado con malla 200, posteriormente se realizó la

eliminación de la materia orgánica con peróxido de hidrógeno para que esta no influya

en la determinación de la CIC especifica de la arcilla.

La siguiente etapa consistió en la determinación de la velocidad de sedimentación; en

esta etapa se analizó la flotación del hidrómetro en la solución de suelo preparado (50g

de muestra + 10 mL de hexametafosfato de sodio+ H2O), la cual caracteriza el tiempo de

sedimentación para los diferentes diámetros de las partículas presentes en los suelos

analizado. A partir de este análisis se determinó de textura mediante las lecturas de

densidad proporcionadas por el hidrómetro y también se determinó los tiempos de

sedimentación de los diferentes tamaños de partículas mediante el uso de las normas

ASTM, por lo cual se hizo uso de la siguiente ecuación:

T

L

GG

n D .

).(980

30

1

−

= [1.1]

Ec. dada por: ASTM “Standard Test Method for Particle-size Analysis of soils”-2002

D= diámetro de la partícula, mm.

n= Coeficiente de viscosidad del medio de suspensión (del agua) en poises.

L=Distancia desde una lectura dada de la escala, hasta el extremo inferior del hidrómetro y es

conocido como diámetro efectivo.

T =intervalo de tiempo desde el inicio de la sedimentación hasta lectura del hidrómetro.

G = gravedad específica de las partículas de suelo.

G 1 =gravedad especifica del medio en suspensión.



La ecuación anterior nos permitió determinar el tiempo de sedimentación de la arena y

del limo con el cual se pudo desarrollar la determinación de la textura mediante el

método de Bouyoucos pero con los tiempos establecidos por el análisis que se

desarrollo previamente.

Luego se realizó el análisis de pH basado en el método potenciométrico en muestras

de suelo en una solución de agua pura en una mezcla de relación suelo: agua 1:2. La

conductividad eléctrica se medió directamente en el liquido sobrenadante obtenido

para la medida del pH y la cuantificación de cationes Intercambiables se realizo

mediante el método de absorción atómica (AA-Shimadzu 6800) empleando como

solución extractante del suelo al acetato de amonio 1N, pH 7.0 y para la

determinación de la capacidad de Intercambió Catiónico se desarrollo con el método

por extracción en el equipo Kjeldahl empleando al acetato de amonio como

extractante (Wenk y Bulakh, 2004).

Los criterios de evaluación fueron tomados de las siguientes referencias:

Tabla Nº1: Interpretación de la CIC(Canedo U. Eduard, “Química de los

suelos"-2002)

Suelos con CICmayor a 11

Suelos con CIC de 1 a 10

Mayor contenido de

arcilla Alto contenido de arena

Requieren mas cal

para corregir acidez

Requieren menos cal para

corregir acidez

Mayor capacidad de

retener nutrientes

Mayor probabilidad de

pérdidas de nitrógeno y

potasio por lixiviación

Conducta física

asociada a

contenidos altos de

arcilla

Conducta Física asociada

a contenidos altos de

arena

Alta capacidad de

retener agua

Baja capacidad de retener

agua

Tabla Nº 2: Criterios de Evaluación de la CIC(A.A.A. internacional LTDA, Agricultura

Avanzada de América).

Clase CIC (mEq / 100 g de suelo)Muy alta > 30

Alta 20 - 30

Media 10 - 20

Baja 5 - 10

Muy baja 0 - 5

Tabla Nº 3: Criterios para evaluar lasalinidad de un suelo, con base en suconductividad, (Vázquez y Bautista,

1993).Categoría del suelo

Valor (mmhos/cm o

dS/m)

No salino 0 – 2,0

Poco salino 2,1 – 4,0

Moderadamente salino 4,1 – 8,0

Muy salino 8,1 – 16,0

Extremadamente salino > 16,0

Tabla Nº 4: Criterios de evaluación de unsuelo con respecto a su pH (NOM-021-

REC- NAT-2000).Categoría Valor de pH

Fuertemente ácido < 5,0

Moderadamente ácido 5,1 – 6,5

Neutro 6,6 – 7,3

Medianamente alcalino 7,4 – 8,5

Fuertemente alcalino 8,5

RESULTADOS



Las muestras de suelo analizadas presentan un pH de 7,11 (±0,2), lo cual indica un

suelo neutro (Tabla Nº 4); una conductividad eléctrica de 1,99 (±1,0) milimohos/cm la

cual nos indica que un suelo no salino (Tabla Nº3); con una capacidad de intercambio

catiónico de la arcilla (CIC) de 9,84 (±1,0) mEq/100g de suelo la cual es de clase baja

(Tabla Nº 2 ).

Del estudio de la velocidad de sedimentación se encontró la siguiente ecuación:

4787,00452,0

−

= t D en la cual se relaciona el diámetro de la partícula con su tiempo

específico de sedimentación. De acuerdo a esta ecuación podemos afirmar que las

arenas sedimentan en un tiempo menor a 1 minuto, el limo sedimenta en un intervalo

aproximado de 4,8 horas. El estudio de la velocidad de sedimentación reporto una

textura del suelo de “Franco Arcillo Arenosa” con un 56,9% de arena, 19,4% de limo y

23,7% de arcilla (Tabla Nº 5 ).

Tabla Nº 5: Resumen de Datos obtenidos en los análisis de laboratorio.

pH 7,110

CEC (mmhos/cm) 1,990

Na+1 (mEq / 100 g de suelo) 0,534

K+1 (mEq / 100 g de suelo) 0,535

Mg+2 (mEq / 100 g de suelo) 2,465

Ca+2 (mEq / 100 g de suelo) 6,336

CIC (mEq / 100 g de suelo) 9,840

Textura Franco Arcillo Arenosa

% Arena 56,900

% Limo 19,400

% Arcilla 23,700La tabla muestra los resultados promedio de las 20 muestras analizadas en el laboratorio para

los diferentes parámetros según los protocolos de análisis.

La clasificación textural del suelo es por lo tanto de arena arcillosa franca la cual indica

que es un suelo que mantiene un equilibrio entre las partículas de arena, limo y arcilla

relativamente óptima para tierras de cultivo en el cual se encuentra la arena en mayor

proporción y el cual se encuentra directamente relacionado a la CIC (Tabla Nº1) para

de esta forma tomar mediadas que se requerirán en el momento de la siembra y

durante el proceso de cultivo.

Finalmente podemos observar la relación entre las cantidades de arcilla (% Arcilla) y la

CIC (Grafico Nº 1).

Grafico Nº 1



La grafica muestra la relación entre el % de arcilla y la CIC de esta partícula la cual

puede ser representada por la ecuación que relaciona ambas variables:

en donde:

CIC: Capacidad de Intercambio catiónico específica de la arcilla.

A: % de Arcilla

CONCLUSIONES

Mediante el estudio de la velocidad de sedimentación se determino la textura del suelo

“Franco Arcillo Arenosa” después del cual se relacionó el % de Arcilla con su

Capacidad de Intercambio catiónico el cual nos genero la ecuación

con la cual podemos determinar

directamente la CIC en una determinada muestra de suelo de la Estación Experimental

el Mantaro – UNCP conociendo el % de Arcilla contenida en la muestra de suelo.

Finalmente podemos afirmar que las partículas de arcilla encontradas en este suelo

corresponden a la caolinita, las cuales son buenas en suelos de cultivo; el suelo enestudio mostro tener un pH optimo y un bajo contenido de sales lo cual indica que el

suelo se encuentra apto para su uso agrícola.



Agradecimiento:

La ejecución de este trabajo de investigación, ha sido posible gracia al proyecto

“Estudio de la biomasa y diversidad microbiana del suelo para mejorar la calidad de la

materia orgánica de tierras” Nª 028-FINCyT-PIBAP-2007, financiado por el Programa

de Ciencia y Tecnología – FINCYT, que ha facilitado las cosas para que este trabajo

llegue a un feliz término.

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