Investigación

Condiciones Físicas e Hidrodinámicas de Suelas Magnésicos en el Valle del Cauca, Colombia

Armando Torrente Trujilllo. Ing. Agrícola. Ph.D. Profesor Titular. USCO.

Alvaro García-Ocampo. Ph. D. Profesor Asociado a la Universidad Nacional. Sede Palmira.

Edgar Amézquita Collazos. Ph. D. Científico. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT).

Carlos Alberto Escobar Chalarca. Ing. Agrícola M Sc Profesor Asociado a la Universidad Nacional. Sede Palmira. Tomás José Sampayo Noguera. Ing. Agrónomo. M.Sc

Resumen

E h el Valle del Ornea existe 116.872 ba de suelos con dominio de km Mg²' en el complejo de cambio, especialmente asociados con ivrtisole$ lo í/ue ocasiona un marcado efecto sobre las /no/mktdes de!suelo ¡f las plantas El'propósito fue caracterizar y ei vinar los suelos magnésicos alntoz'imknto v la retención de humedad

Los suelos m, tgnésiw dt‘ maneraaeneralse caracterizan por ser arcillosos (> 30%), muv plásticos con altos COEL (> 0.09), inestables rt sin estructura (ntashvs), con alta densidad a/urente en seco (T) > 1.7 Mg/m¹) pfktja /vrosidad total(< 35%), //retentan camlios importantes de zvhmenv grietas a medida que se pierde t>umedad. Estos suelas también tienen alta retención de Immedad, limitada disfKHibilidad de, mui para lu plantas, baja tasa de infiltración,p mu v lenta condncth'kXid lidráulica.

Pili lints el Propiedades físicas de suelos, Suelos salinos, Suelos magnésicos.

Abstr,tct’'iy'    il    A ^;

In tl/e Cauca Valle» it exiits 116.872 hi of soils witl domabt of ion Mg‘² in tbe complex of cfrange. special/y associated witb zvrtisols, néat causes a marceó effect on tbe pw/>erries of tbe soils and tbe pfonts. Tbe pur/vse teas to ez ulna te and cbaracterize tbe Soils Magnesics to tbe conditkms mormnent and tbe nntbbolding bumidness

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Condiciones Físicas e Hidmdbuittrícas de Suelos Magnésicas ene! Valle de!Cauca, ColottékJ

Introducción    Materiales y Métodos

Los suelos magnésicos se consideran una categoría especial de suelos afectados por sales y iones específicos que se caracterizan por la alta saturación de este mineral en el complejo de cambio (PMgI>40%) (Darab, 1994).

La naturaleza del material parental, el clima, la edad del suelo y los factores antrópicos influyen en la composición del suelo. En algunos suelos arcillosos provenientes de materiales básicos, como la peridotita y la serpentina, el porcentaje de Mg'² puede alcanzar valores superiores al 40%. El Mg ² disponible para las plantas en el suelo se encuentra en forma intercambiable e hidrosoluble y su absorción depende de la cantidad presente, del grado de saturación de Mg'², de la naturaleza de los otros iones intercambiables y del tipo de arcilla (Tisdale y Nelson, 1975).

Algunos investigadores han encontrado que la alta saturación de Mg*² tiene características dispersivas y que causa efectos adversos similares a los del Na', produciendo oclusión de poros y disminuyendo las propiedades de flujo en los suelos (García, 1994).

El estudio de suelos magnésicos en Colombia se encuentra en la etapa de caracterización y "entendimiento de la génesis, de las relaciones iónicas y de intercambio. Existe especial interés en conocer la interacción entre las fases y los fenómenos físicos asociados con la mineralogía y los contenidos de humedad del suelo.

El propósito fue evaluar las características físicas relacionadas con las condiciones de retención y movimiento de agua de un conjunto de suelos magnésicos ubicados en el valle del río Cauca con miras a la aplicación de prácticas de manejo y orientar los estudios futuros.

La investigación se realizó en la planicie del Río Cauca entre 930 y 1038 msnm, temperatura media 25°C, precipitación media anual entre 800 a 1200 mm caracterizado por régimen pluviométrico bimodal, evaporación media anual de 1600 mm, la evaporación supera ampliamente la precipitación siendo necesaria la aplicación de riegos suplementarios para la eficiente producción agrícola.

Se seleccionó un conjunto de suelos representativos según criterios de geomorfologia y unidades taxonómicas entre los municipios de Palmira y la Victoria en el Valle del Río Cauca- Colombia, sobre la planicie fluvio-lacustre y planicie aluvial de piedemonte (ver figura 1). Se presentan las etapas del proceso metodológico en la figura 2.

El reconocimiento detallado de los perfiles estratigráficos permitió determinar en campo y laboratorio las características físicas e hidrodinámicas de los suelos seleccionados. Se usó la Botella de goteo como instrumento adecuado al tipo de suelos, ya que éste permitió observar y medir de manera sencilla el avance del bulbo de humedecimiento capilar y traducir estos a densidad de flujo y conductividad hidráulica superficial (Brooks & Corey, 1985). Además, se examinó la micromorfología de los suelos para conocer la microestructura, los componentes básicos minerales, la masa basal y los rasgos podológicos.

Siguiendo los procedimientos anteriores se definieron los criterios para la caracterización de los suelos, así: En laboratorio se determinó textura, estabilidad estructural, índice de plasticidad, coeficiente de extensibilidad lineal (COEL), coeficiente de dispersión y retención de humedad volumétrica a 1.5 MPa. En campo se determinó estructura, conductividad hidráulica saturada, tasa de infiltración básica, régimen de humedad, nivel de agrietamiento y cambio de volumen.

-    Estado del arte en Colombia y el mundo

-    Cntenos de selección y pruebas exploratorias

-    Selección de vanables a medir

-    Programación y Recursos

-    Fisiografía y paisaje

-    Geología y geomorfología

-    Cartografía y fotografía aérea

-    Climatología e hidrología

-    Taxonomía de suelos

-    Uso del suelo y nivel tecnológico

Información

Básica

Secundaria

Selección de 13 suelos del Valle del Río Cauca

Cntenos:

-    Posición geomorfológica

-    Unidades taxonómicas

-    Grados de Mg intercambiable

-    Tipo de manejo

-    Facilidad de acceso

• Plan de uso y manejo del suelo

-    Procesos de adecuación de tierras

-    Variabilidad espacial de suelos

-    Clima y dotación de agua

-    Reconocimiento de suelos

Construcción de calicatas (1.5x2x2) m¹

Propiedades

físicas

Fiqura 2. Esquema Metodológico de ¡a Inzfustigación.

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Armando Torrente Trujillo AlvaroCarcia-Ocampo EtyarAmezquitaC Cari» AlbertoEviÁirC/t Tomas /a<eSítm/ttwN.

Resultados y Discusión Características Mineralógicas de los Suelos

Los minerales de la planicie aluvial del Río Cauca son potencialmente una fuente excelente de elementos mayores (Ca, Mg, Na y K) y menores (Fe, Mn, Zn, Cu, Ni), como también de estructuras básicas para la síntesis de arcillas como vermiculita, esmectita, illita y clorita. Esta consideración se fundamenta en la presencia de abundantes especies minerales fácilmente alterables como plagioclasas, feldespatos, anfíboles y micas ricas en componentes magnésicos.

La magnesifícación de los suelos del Valle del Rio Cauca se debe al proceso de acumulación de minerales y nutrientes ricos en magnesio en las zonas bajas de la planicie aluvial. Los resultados confirman el efecto del material parental, arenas y arcillas, en los procesos de salinización en los suelos de la planicie.

Características Químicas de tos Suelos

Las propiedades químicas de estos suelos están dadas por la naturaleza de las arcillas predominantes tipo 2:1 (esmectitas, vermiculitas y grupos integrados), por las condiciones hidrológicas y climáticas reinantes en la zona, y los altos niveles freáticos que confieren al suelo un régimen de humedad ácuico. La dinámica del Calcio (Ca²') y del Magnesio (Mg²’) es muy importante en los procesos de formación y evolución de los suelos del Valle del Rio Cauca, estos elementos están asociados con sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y, en algunos casos, cloruros.

Los bicarbonatos son considerados importantes agentes para la migración de Ca.

La Capacidad de Intercambio Catiónico, (CIC) de los suelos, presentó valores altos, significando suelos ricos en bases intercambiables; ésta propiedad es superior en los suelos de la planicie fluvio-lacustre (CIC =32.4 cmol( + ).kg '•)* comparada con el piedemonte (CIC = 22.7 cmol.kg ^¡)\ debido a los procesos de acumulación de bases intercambiables en presencia de mayor concentración de arcillas en las áreas bajas.

El Ca²* intercambiable extraído con la metodología tradicional resultó alto, siendo éste no confiable debido a la importante dilución de las concreciones de carbonatos de Calcio, comunes en estos suelos. El porcentaje de Magnesio intercambiable (PMgl) es supeior al 35% y unos pocos suelos adicionalmente presentaron alto porcentaje de Sodio intercambiable (PSI>15%) confiriendo mayor alcalinidad. De manera general, en la solución del suelo predominan los iones Na ’, HCO ₃ y SO₀

El contenido de materia orgánica en los suelos es bajo con valores inferiores al 3%, el mayor contenido de materia orgánica se encuentra bajo regímenes de humedad ácuico y údico dominando los procesos de reducción. El pH está determinado por la presencia de iones SO,'. HC0₃yNa , resultando un rango de suelos entre ligeramente ácidos a muy alcalinos. El SO,* se mantiene en solución en presencia de cationes alcalinos y alcalinoterreos, este ión se acompleja con el Na' y con menor intensidad con el Ca²*, Mg²* y K'. El SO, en condiciones de reducción es común en los suelos hidromórfícos y se transforma en H₂S provocando la disminución del pH, esto implica que la alcalinidad del medio es tamponada por la acidéz causada por este ión.

Propiedades Físicas de los Suelos

Los suelos son muy arcillosos (Ar=59.1%)*, lo que permite clasificar su textura como fina a muy fina. La densidad aparente en estado seco es muy alta (Da = 1.83 Mg.ni ^J)‘ y en consecuencia la porosidad total es baja (r) = 29.5%)*; en general son muy plásticos (IP=45.3%)* y muy expandibles (COEL = 0.17)* a causa de su composición rica en minerales 2:1 (vermiculita, esmectitas y grupos integrados) con alta saturación de Mg‘² , estando sujetos a importantes cambios de volumen con la ganancia o pérdida de humedad, siendo altamente susceptibles a la dispersión (CD = 41.5)V Las escasas estructuras que se forman son moderadamente estables en el agua (DPM = 2.36 mm)¹, propiedades adquiridas por el efecto de iones altamente hidratables como el Mg²* y el Na* sobre arcillas expandibles con alta humedad residual (6r = 0.054)*.

En la tabla 1 se presentan las propiedades físicas de seis (6) suelos magnésicos.

Foto i Agrieta/mentas con elSecado Natural.

Foto 4. Acercamiento A- Agrietamientos.

Estos suelos están expuestos a procesos de expansión-contracción durante el año con tendencia a la compactación natural, lo que en consecuencia disminuye su porosidad total, restringiendo los procesos de flujo de agua y aire; su plasticidad facilita los cambios de volumen con el secado, ejerciendo los altos niveles de Mg*² intercambiable un efecto especifico sobre la plasticidad y densidad del suelo (ver figura 3).

Amando Torrente Trttjillo Alian)Gama-Ocampo EdtjarAinezt/uitaC Oírlos AllvrtoEscolarck TomasJosesumfkiftoN. Tiil'hi 1. Prof/kAides Físicas de Suela< XUynéskas de/ Valle de/Rio Ctatca, Oilinilia.

A arcilla, Da y Dr densidad aparente¡/densidad milres/iectivamente, (a/mntsidad tola!-1 -ÜXt D¡i IP índice de plasticidad, COEl. cae/, de expansMUad linea/, O/’Al diámetro //onderado medio, CD coef. de dispersión.

Las características físicas de los suelos magnésicos están sujetas a su composición mineralógica y química, confiriéndoles un mayor o menor grado de consistencia, penetrabilidad, expansibilidad y capacidad para ser manipulado o sometido a labores de mecanización, según la cantidad y tipo de arcilla y los porcentajes de magnesio.

Condiciones Hidrodinámicas de tos Suelos

La historia del manejo agronómico muestra que los suelos han sido regados con aguas duras en los últimos 20 años, lo que ha incidido en las propiedades físicas y en especial en el adensamiento del suelo a lo cual se suma una reacción alcalina con todas sus consecuencias sobre la fertilidad (González y García, 2002).

Según las características de los suelos la porosidad total resultó muy baja y como resultado la infiltración y la conductividad hidráulica son lentas. Para el estudio en detalle de la cantidad, distribución y tamaño de poros se seleccionó el método del porosímetro de mercurio. En la tabla 2 se comparan las propiedades físico-quimicas e hidrodinámicas de tres (3) suelos seleccionados.

TiiWít i. Com/taración de Pmpkdades Eisico-Quimkiis e Hidrodinámicas de Suelas Seleccionadas del Valle de/Rio Cauca.

Itorasi&iden ptrrasimetro de Hfl, T_t Infiltración lasicu, ivnductii’idtidfadrán/ica\ititradii, Qjvtencialalflujo utitr¡ciil,S sortiriAttl ht presión de entrada de aire alsuela dosificación: inL muy lenta, l. lenta, ML moderadamente lenUi

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Armando Torrente Trujillo AhurvGarcia-Ocam/w i'A/tir AmeZijuiUl C Oírlos AÍIvrto Escolar c/>. Tomas ¡ose Sam/x/_t w N. T.tWii 4. Funciones Hidráulicas de Suelas Magnésicos Seleccionados del Valle delCauca.

K/l>) Conductividad Hidráulica Insaturada, l) ese!Potencia!Matrkial S: Grado de Saturación Hfettnadel'suelo- 0- f) (t OI

Al desarrollar las funciones hidráulicas resultan flujos lentos y alta retención de humedad en el suelo. El flujo de agua es restringido y se verifica por la escacez de macroporos, a su vez los movimientos de agua son el resultado de rápidos ajustes matriciales a causa de altos gradientes de potencial hidrico en el suelo. Se observa que el incremento de la saturación de magnesio está estrechamente asociado con las deficientes propiedades físicas de estos suelos.

Puntas de Manejo de ios Suelos Magnésicos

La preparación adecuada de las tierras, la aplicación de riego o prácticas de drenaje y la fertilización, constituyen condiciones requeridas de manejo para su utilización óptima; a.'tos suelos requieren prácticas de mecanización controladas según el nivel de humedad respondiendo adecuadamente a labores de subsolado profundo y al gradual manejo bajo una agricultura consistente en baja tecnología.

Las prácticas de manejo en los suelos deben estar dirigidas a Incrementar la tasa de infiltración, reducir la erosión potencial y al uso óptimo del agua recomendándose para éste caso el sistema de aspersión mediana o ligera. Debe examinarse el tipo de fertilización y recomendar el uso de fuentes poco móviles y estables en el suelo, en lo posible sin contenidos de Mg*² evitando la pérdida de nutrimentos.

Se debe de estudiar la calidad del agua de negó porque ellas participan de los procesos de adición y acumulación de sales y iones específicos al suelo.

La adición de materiales orgánicos es importante para mejorar la aireación de estos suelos, incrementar el movimiento del agua, suministrar N (Nitrógeno) a las plantas y facilitar el desplazamiento del Mg^-2 y del Na' En las labores de recuperación de los suelos magnésicos se recomiendan prácticas similares a aquellos afectados por sodio, como son la aplicación de enmiendas y lavado, siendo posible el empleo del cultivo de arroz para estos propósitos.

Conclusiones

Los Suelos Magnésicos del Valle del Cauca, presentan las siguientes condiciones relevantes:

» Las características físicas están sujetas a la composición mineralógica y química, a la posición geomorfológica y a la variabilidad climática. Estas características naturales explican la génesis, disponibilidad y distribución de los porcentajes de Mg*² y sus relaciones con la dinámica física e hidrodinámica del suelo.

* El arreglo estructura] es débil con tendencia a masivo y el reducido espacio es dominado por microporos, producto de la dispersión de las arcillas 2:1 por acción del ión Mg'² y la reorientación de las láminas de arcilla por fuerzas iónicas y covalentes.

*» Los Suelos Magnésicos del Valle del Rio Cauca tienen altos porcentajes de arcilla (> 30%) con preferencia en arcillas 2:1. inestabilidad estructural al agua y escasa agregación, rigidez en seco y muy blando en húmedo, dominancia de fenómenos vérticos (COEL>0.09), alta plasticidad (IP>20%), alta densidad aparente en seco (Da> 1.7 Mg.m ^J), baja porosidad total (<35%), y alta capacidad de retención de humedad, (0_15MP,>O 4O cm³.cm³). El drenaje natural e interno es imperfecto y lento respectivamente, y presenta impedimento para alcanzar el punto de saturación.

• La alta concentración de Mg^¿' en el suelo tiene un efecto significativo sobre la velocidad de infiltración y la conductividad hidráulica y dependiendo de la posición fisiográfica existen ligeras diferencias en el movimiento del agua.

Agradecimienlos

A la Universidad Surcolombiana, a la Universidad Nacional de Mia Sede Paímira,CIATj Corjnka Palmita</ los auxiliares de mestización.- Víctor A. Airear, c/elvr G. Becerra _íV Fa / u

Biintey.

Referencias BibliogTrificas

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