CALIBRACIÓN DEL ÍNDICE DE CONO DE UN SUELO ARGIUDOL VÉRTICO POR HUMEDAD Y PROFUNDIDAD (1)

1

(1)

(1)

1

Paredes , Diego, Juan P. D´amico , Marcos Roba , Ángel Romito , Rodolfo Florean , Jorge (1) (1),2 Cura , Mario O. Tesouro (1) Instituto de Ingeniería Rural, CNIA – INTA. CC 25 1712 Castelar, Prov. de Buenos Aires Email: [email protected] (2) Cátedra de Maquinaria Agrícola. FAUBA

RESUMEN: Los penetrómetros de cono, dispositivos usados para medir la resistencia mecánica a la penetración de los suelos han sido ampliamente utilizados a lo largo de los años y con diversas aplicaciones dada la facilidad de operación que presentan. Las principales ventajas de utilizar este método son: Su rapidez y su fácil manejo. La resistencia a la penetración del suelo medida como índice de cono varía con otras propiedades tales como el contenido de humedad, la densidad aparente, la textura y el contenido de materia orgánica. El objetivo de este trabajo fue conocer los rangos de variación de la resistencia mecánica por efecto de la humedad y la profundidad para un suelo Argiudol vértico. En este sentido, se evaluó la relación entre contenido de humedad, la profundidad y la resistencia a la penetración del suelo a través de diversos modelos matemáticos. El modelo que mejor representó la relación entre el contenido de humedad, la profundidad y la resistencia mecánica a la penetración del suelo fue un polinomio cúbico con interacciones simples. Palabras clave: Resistencia mecánica a la penetración, contenido hídrico, relaciones matemáticas

CALIBRATION OF CONE INDEX FOR DEPTH AND SOIL WATER CONTENT IN A BUENOS AIRES VERTIC ARGIUDOLL ABSTRACT: Cone penetrometers, devices used to sense penetration resistance of soils, have been in use for many years and have varied applications in many fields because of their easy, rapid and economical operation. The main advantages of using this method are its speed and easy handling. Soil strength, as measured by penetration resistance, varies with a number of soil properties such as bulk density, soil water content, soil texture and organic matter content. The aim of this study was to determine the ranges of variation of mechanical strength due to moisture and soil depth for a vertic argiudoll. In this sense, it was evaluated the relationship between moisture content, depth and penetration resistance of soil using various mathematical models. The model that best represented this relationship was a cubic polynomial with simple interactions. Key words: Cone index, water content, depth, calibration. INTRODUCCIÓN Los efectos de la compactación del suelo sobre los cultivos y sobre las propiedades edáficas, son complejas (Batey, 1990) por lo que es necesario definir parámetros para su caracterización, siendo los más difundidos, la densidad aparente y la resistencia a la penetración (RMP). Esta última es muy utilizada porque refleja fielmente la resistencia del suelo a la penetración radicular (Hamza and Anderson, 2001). Los penetrómetros de cono, dispositivos usados para medir la resistencia mecánica a la penetración de los suelos han sido ampliamente utilizados a lo largo de los años y con diversas aplicaciones dada la facilidad de operación que presentan. Las principales ventajas de utilizar este método son: Su rapidez y su fácil manejo (Hakansson y Voorhees, 1998), potenciales relaciones con la condición física del suelo para la elongación radicular (Taylor y Gardner, 1963), y la capacidad para medir variaciones espaciales en la compactación superficial y subsuperficial (Hakansson y Voorhees, 1988 ) La resistencia a la penetración del suelo medida como índice de cono varía con otras propiedades tales como el contenido de humedad, la densidad aparente, la textura y el contenido de materia orgánica. (Taylor y Gardner, 1963; Perumpral, 1987; Ley y col., 1993; Chesness y col., 1972; Mulqueen y col., 1977; Knight, 1948; y Patrizzi y col., 2003)

Por este motivo, mediciones de RMP que no contemplen la correpondencia con los estados de humedad pueden resultar inútiles. (Cerana, y col., 2005) El contenido de humedad del suelo puede variar considerablemente en tiempo y espacio. Esta variación y su efecto sobre la resistencia a la penetración podría enmascarar diferencias por tratamiento. Por este motivo, es necesario corregir la resistencia a la penetración por diferencias en el contenido de humedad (Busscher y col., 1997). En este sentido numerosos investigadores han trabajado en la relación entre la resistencia a la penetración y el contenido de humedad. Entre ellos, Ayers y Perumpral (1982) encontraron una relación directa entre índice de cono y densidad aparente y una relación inversa entre la primera y el contenido de humedad. Por otro lado, Ohu y col. (1988), encontraron una relación lineal exponencial entre el índice de cono y el contenido de humedad para suelos limosos y arcillosos mientras que Cerana y col. (2005), trabajando en vertisoles, encontraron que relaciones potenciales entre ambas variables se ajustaban mejor que los modelos exponenciales. Ehlers y col. (1983), hallaron una relación lineal negativa entre estas variables. Orellana (1989), en cambio, obtuvo experimentalmente una ecuación exponencial negativa para suelos Argiudoles ácuicos de Santa Fe y Wilson y col. (2000), hallaron este mismo tipo de ajuste para diferentes horizontes de un argiudol vértico de Entre Ríos. Por su parte, Ley y Larrea (1994) usaron estadística espacial para mostrar las relaciones generales entre resistencia a la penetración y contenido hídrico. De esta manera, relaciones empíricas, matemáticas que representen la dependencia del índice de cono con el contenido de humedad ayudarían a comprender la relación entre ambas variables, lo que podría clarificar el efecto de diferencias espaciales corrigiendo los datos a un contenido común de humedad. Relaciones de esa índole podrían también ser útiles para simulaciones, especialmente cuando la RMP y el contenido de humedad sean considerados como variables explicativas para predecir crecimiento radicular (Marinto y Shaykewich, 1994). Busscher y col. (1997), estudiando dichas relaciones empíricas observaron que cuando las correcciones pueden ser hechas con una sola ecuación, el índice de cono corregido puede ser reinterpretado. A partir de la obtención de ecuaciones de este tipo, es posible corregir los valores de RMP en función del contenido hídrico del suelo. De este modo, se podría evaluar la dinámica de la RMP a partir del valor de humedad durante el ciclo de un cultivo, distinguiendo el momento a partir del cual existen restricciones para el crecimiento del sistema radical (Wilson y col., 2000). Asimismo, el concepto de rango de agua no limitante (Letey, 1985) y discutido luego por Silva y col.. (1994), describe la influencia del agua del suelo sobre el crecimiento y desarrollo de los cultivos, referido a la RMP y a los problemas de aireación. Orellana y col. (1997) amplían la potencialidad de dicho parámetro integrador, incorporando aspectos de disponibilidad hídrica para los cultivos. Una mayor investigación en la compresión de cómo el índice de cono es afectado por el contenido de humedad, la densidad y el tipo de suelo es importante para el uso extensivo de los penetrómetros de cono (Ayers y Perumpral, 1982). El objetivo de este trabajo fue conocer los rangos de variación de la resistencia mecánica por efecto de la humedad y la profundidad para un suelo Argiudol vértico. MATERIALES Y MÉTODOS: El estudio se realizó en el Instituto de Ingeniería Rural CNIA INTA Castelar (Pcia. de Buenos Aires), sobre un suelo que pertenece al Gran Grupo de los Argiudoles Vérticos. El contenido de arcilla del horizonte Ap es del 28,5 %, y el de materia orgánica del 4,6 %. La clase textural es franco arcillo limoso, siendo la humedad equivalente del 24,9 %. El relieve del área es Normal. Las mediciones de resistencia a la penetración y humedad gravimétrica se efectuaron bajo tres condiciones hídricas diferentes: suelo plástico (30% humedad), suelo plástico-friable (25% humedad) y suelo friable (22% humedad). La resistencia a la penetración fue evaluada empleando un penetrómetro estandarizado (ASAE Standard S.313. 1992), cada 0,05 m y hasta una profundidad de 0,20 m. Se efectuaron 12 mediciones aleatorias que fueron repetidas en 2 bloques perpendiculares a la toposecuencia. Por su parte, en los mismos rangos de profundidades, se extrajeron muestras de suelo determinando el contenido de humedad gravimétrica, expresado como porcentaje sobre suelo

seco a partir de la diferencia de peso entre las muestras en húmedo y luego de ser secadas a estufa a 105º durante 48hs. Tanto las mediciones de resistencia a la penetración como las de humedad fueron realizadas simultáneamente en cada uno de los estados hídricos. Con el fin de cuantificar cuantificar la dependencia de los valores de índice de cono respecto del contenido hídrico del suelo, se compararon mediante ANOVA y Test de Tuckey, sitios de idénticos tipo y condición de suelo, utilizando el estado hídrico como variable de clasificación. (Figura1). Dicha metodología fue implementada por Cerana y col. (2005) en un trabajo realizado sobre vertisoles. Finalmente, se evaluó la relación entre contenido de humedad (%), la profundidad (cm) y la resistencia a la penetración del suelo (RMP) medida como IC (KPa) a través de los siguientes modelos matemáticos: 1) Lineal de 1er grado: Variable independiente: Humedad (H) evaluado para cada una de las profundidades (P): 0-5, 5-10, 10-15, 15-20 cm. 2) Exponencial univariado: Variable Independiente: Humedad (H). Evaluado en cada profundidad. 3) Múltiple bivariado: Variables independientes: H y P 4) Múltiple polinomial cúbico con interacciones simples: Variables independientes: H y P 2 2 3 Parámetros: H, H , P, P , P , H x P RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3000

IC (Kpa)

2600 2200 1800 1400 1000 600 200 2,50

7,50

12,50

17,50

Profundidad media (cm) Plástico Plástico

Plástico-friable Plást-friable

Friable Friable

Humedad (%)

Figura 1: Perfil de Resistencia mecánica a la penetración (RMP) medida como IC (KPa) en profundidad, para diferentes contenidos de humedad.

38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 2.5

Plástico Plástico

7.5

12.5

Profundidad media (cm) Plástico-friable Plást-friable

17.5

Friable Friable

Figura 2: Perfil de Humedad del suelo en profundidad para diferentes contenidos de humedad.

Como puede observarse en las figuras 1 y 2, se encontraron diferencias significativas en los perfiles de resistencia a la penetración (pF

R (%)

ESTIMADORES DE LOS PARÁMETROS

Valor t Pr > t

1

3,80E7

3,80E7

104.4