Efecto de la compactación sobre el sistema poroso del suelo en diferentes situaciones de labranza; modelización y realidad

El conocimiento de las leyes que rigen el movimiento del agua en el suelo es fundamental para las ciencias agrarias. Esto es así debido a la importancia que la existencia de agua posee en el crecimiento y desarrollo de los cultivos. Ahora bien, tan importante como la existencia de una cantidad no limitante de agua es la existencia de una dinámica apropiada de esta sustancia. El estudio de las propiedades hidráulicas, particularmente la tasa de infiltración estacionaria, la conductividad hidráulica saturada y la sortividad, y su relación con las labranzas, es fundamental para la obtención de una producción agrícola sustentable. El infiltrómetro de disco a tensión es uno de los mas novedosos dispositivos desarrollados para estudiar las propiedades hidráulicas del suelo. A pesar de la importancia que posee la determinación de estas propiedades hidráulicas el principal inconveniente observado es la falta de unicidad entre los métodos físico-matemáticos utilizados para obtener valores confiables de estas variables, a partir de las mediciones realizadas. A modo de ejemplo, puede citarse a Logdson & Jaynes (1993) que, comparando 4 métodos diferentes, obtienen valores muy disímiles y de una variabilidad muy pronunciada. En casos extremos, utilizando uno de los métodos mas aceptados (White & Sully, 1987) obtienen, de 34 determinaciones, que sólo 20 pueden utilizarse para el cálculo Ksat y S. Se mencionan como motivos, por ejemplo, que en algunos casos el método arroja valores negativos para Ksat y en otros que no es posible identificar con precisión el estadío del proceso donde la sortividad puede ser determinada, necesarias en el modelo matemático usado. Resultados similares fueron publicados recientemente por Aoki & Sereno (2004) donde utilizando dos métodos de obtención de Ksat (White & Sully, 1987; Ankeny et al., 1991) obtiene, para el mismo tratamiento, valores estadísticamente diferentes para cada uno de los métodos (con un factor 2 aprox.). De datos propios, aun no publicados, hemos concluído que este problema se acentúa utilizando métodos que realizan mediciones en el estado estacionario versus métodos que lo hacen en el estado transitorio. A modo de resumen, podemos afirmar que: 1) actualmente el método de medida de las propiedades hidráulicas mediante el infiltrómetro de disco y su posterior interpretación teórica necesita un análisis exhaustivo para encontrar sus principales fortalezas y debilidades, 2) es necesario analizar la sensibilidad del instrumento para detectar efectos de las labranzas y de las compactaciones sobre los suelos, 3) es necesario evaluar la performance de los distintos métodos fisicomatemáticos de análisis de los datos obtenidos desde un infiltrómetro de disco a tensión, 4) Es necesario examinar los cambios en la infiltración no solamente a partir de los datos de densidad aparente, sino que también es necesario incorporar la conectividad del sistema poroso, 5) Es importante estudiar el efecto de las labranzas sobre la estructura del suelo y su comportamiento temporal para tender hacia una agricultura sustentable y el infiltrómetro de disco sería un instrumento adecuado para esto. En este trabajo de tesis se utilizó el infiltrómetro de disco a tensión (Perroux & White, 1988), y la ecuación de Darcy en flujo saturado (Hillel 1998), para obtener datos experimentales de infiltración y conductividad hidráulica saturada. Los modelos matemáticos utilizados para la interpretación de los datos experimentales fueron dos: a) de flujo estacionario, b) de flujo transitorio. En el caso a) se utilizó el modelo de Wooding (1968) y el de Darcy. En el caso b) se usó el modelo de Philip (1957a), modificado por Haverkamp et al. (1994) para el caso del infiltrómetro. Para los ajustes por regresión se utilizaron dos modelos, b1) el de linealización acumulativa (CLM). y b2) el de linealización por diferenciación (DLM). Se obtuvieron como resultado la q1, y a partir de modelos los modelos matemáticos, la Ksat y la sortividad. Los valores obtenidos fueron procesados con modelos estadísticos para determinar la significancia de las diferencias que resultaban de los diferentes métodos. Para estudiar el proceso de movimiento del agua en el suelo se usaron tres formas de colectar los datos experimentales: 1) sobre suelo reempaquetado con el que se construyeron probetas para el estudio en laboratorio. Estas probetas fueron investigadas sometiéndolas a varios grados de compactación y estudiando la infiltración bajo diferentes tensiones en el suministro del agua, 2) sobre suelo retirado del campo con cilindros, procurando que las muestras sufrieran mínima perturbación, para estudiar flujo saturado, y 3) sobre suelos a campo, sin perturbación por parte del instrumental, pero sí sometidos a varios tratamientos de manejo, que incluyeron siembra directa con y sin descompactación. Con el trabajo realizado en laboratorio se buscó observar el proceso de infiltración en una situación completamente controlada, para evitar el "ruido" presente en las observaciones realizadas en el terreno y de esta forma poder evaluar la capacidad del infiltrómetro de disco y de los modelos de flujo para detectar procesos de compactación. Otro de los objetivos de la experimentación en laboratorio fue tomar medida del efecto de la compactación inducida artificialmente sobre las variables hidráulicas, reduciendo el efecto de sitio, muy importante en las determinaciones de propiedades hidráulicas a campo. El fundamento de un estudio a campo fue la necesidad de evaluar el grado de adecuación de los modelos de análisis utilizados para medir el efecto de la compactación sobre las propiedades hidráulicas, en situaciones reales de terreno. El estudio se realizó en dos etapas: en Villa Argüello, partido de Berisso, donde se evaluaron, sobre un suelo con alto contenido de arcilla, tres situaciones de manejo diferentes con compactaciones contrastantes, y un segundo ensayo, en San Antonio de Areco, concentrado en siembra directa y los procesos de compactación asociados. Finalmente, en la tercera situación experimental, se buscó concluir sobre el efecto de los procesos de compactación en lo que hace a la conectividad del sistema poroso. Del estudio realizado se concluyó que: i) Las variables hidráulicas tasa de infiltración básica, conductividad hidráulica y sortividad resultaron ser útiles para detectar variabilidad espacial y temporal en la estructura del suelo producto de las diferentes labranzas y usos del suelo. ii) El infiltrómetro de disco a tensión en un instrumento valido para estudiar el efecto de la compactación sobre los propiedades hidráulicas de los suelos. iii) En procesos de compactación inducida en laboratorio la sortividad se mostró mas sensible en la detección de los efectos de la misma sobre el sistema poroso, disminuyendo su valor cuando aumentaba la energía de compactación. En la situación de campo también se encontró la misma tendencia, aunque en el caso de la siembra directa, menos marcado debido a que al momento de las determinaciones, este sistema de labranza venía aplicándose desde hace varios años. iv) La tasa de flujo estacionario desde el infiltrómetro de disco mostró ser sensible en los casos de comparaciones de situaciones compactados vs. descompactadas. En situaciones donde el grado de compactación era similar la sortividad mostró ser mas sensible. v) La conductividad hidráulica se comportó de manera similar a la tasa de flujo estacionario desde el infiltrómetro de disco. Los modelos de obtención de esta variable que utilizan el estado estacionario (MEE) demostraron ser mas robustos y de aplicabilidad generalizada. Los modelos que utilizan el estado transitorio, CLM y DLM, condujeron, en general, a resultados de dudoso sentido físico. vi) Habiéndose utilizado el modelo del estado transitorio desde dos enfoques diferentes (CLM y DLM), y habiéndose encontrado resultados de dudoso sentido físico en ambos casos (Ksat>q1), se concluye que la base teórica del modelo no explica el comportamiento de la infiltración en los suelos estudiados. vii) A través de los experimentos y análisis realizados fue posible observar claramente como, en siembra directa, la conectividad del sistema poroso en sentido vertical y horizontal resultaban muy diferentes a pesar de que la densidad aparente fue siempre la misma. ix) El infiltrómetro de disco, a pesar de que es un instrumento que trabaja en 3 dimensiones (flujo no confinado), no fue capaz de detectar la anisotropía del sistema poroso en siembra directa. x) La metodología de evaluación de la conductividad hidráulica saturada, mediante el modelo de Darcy, a muestras extraídas según dirección horizontal y vertical, se mostró muy eficaz para detectar la conectividad de los poros en ambas direcciones.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale