La textura del suelo es un instrumento de clasificación utilizado tanto en el campo como en el laboratorio para determinar clases de suelo en función de su textura física. La textura del suelo se puede determinar mediante métodos cualitativos como la textura por tacto y métodos cuantitativos como el método del hidrómetro basado en la ley de Stokes . La textura del suelo tiene aplicaciones agrícolas como determinar la idoneidad de los cultivos y predecir la respuesta del suelo a condiciones ambientales y de manejo como la sequía o los requisitos de calcio (cal). La textura del suelo se centra en las partículas que tienen menos de dos milímetros de diámetro, entre las que se incluyen arena , limo y arcilla . La taxonomía de suelos del USDA y los sistemas de clasificación de suelos WRB utilizan 12 clases de textura, mientras que el sistema UK-ADAS utiliza 11. [1] Estas clasificaciones se basan en los porcentajes de arena , limo y arcilla en el suelo.
La primera clasificación, el sistema internacional, fue propuesta por primera vez por Albert Atterberg en 1905 y se basó en sus estudios en el sur de Suecia. Atterberg eligió 20 μm para el límite superior de la fracción de limo porque las partículas más pequeñas que ese tamaño no eran visibles a simple vista, la suspensión podía ser coagulada por sales, el ascenso capilar dentro de las 24 horas era más rápido en esta fracción y los poros entre los sedimentos compactados Las partículas eran tan pequeñas que impedían la entrada de pelos radiculares. [2] La Comisión Uno de la Sociedad Internacional de Ciencias del Suelo (ISSS) recomendó su uso en el primer Congreso Internacional de Ciencias del Suelo en Washington en 1927. [3] Australia adoptó este sistema, y sus intervalos logarítmicos iguales son una característica atractiva que vale la pena mantener. . [4] El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) adoptó su propio sistema en 1938, y la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO) utilizó el sistema USDA en el mapa mundial de suelos de la FAO y la UNESCO y recomendó su uso.
En los Estados Unidos, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos define doce clasificaciones principales de textura del suelo. [1] Las doce clasificaciones son arena, arena franco, franco arenosa, franco , franco limoso, limo, franco arcillo arenoso, franco arcilloso, franco arcillo limoso, arcilla arenosa, arcilla limosa y arcilla . [5] Las texturas del suelo se clasifican por las fracciones de cada suelo por separado (arena, limo y arcilla) presentes en un suelo. Las clasificaciones suelen denominarse según el tamaño de partícula del constituyente primario o una combinación de los tamaños de partícula más abundantes, por ejemplo, "arcilla arenosa" o "arcilla limosa". Un cuarto término, franco , se utiliza para describir propiedades iguales de arena, limo y arcilla en una muestra de suelo, y permite nombrar aún más clasificaciones, por ejemplo, "franco arcilloso" o "franco limoso".
La determinación de la textura del suelo a menudo se ayuda con el uso de un diagrama triangular de la textura del suelo . [5] Un ejemplo de un triángulo de suelo se encuentra en el lado derecho de la página. Un lado del triángulo representa el porcentaje de arena, el segundo lado representa el porcentaje de arcilla y el tercer lado representa el porcentaje de limo. Si se conocen los porcentajes de arena, arcilla y limo en la muestra de suelo, entonces se puede utilizar el triángulo para determinar la clasificación de la textura del suelo. Por ejemplo, si un suelo tiene un 70 por ciento de arena y un 10 por ciento de arcilla, entonces el suelo se clasifica como franco arenoso. Se puede utilizar el mismo método comenzando en cualquier lado del triángulo del suelo. Si se utilizó el método de textura por tacto para determinar el tipo de suelo, el triángulo también puede proporcionar una estimación aproximada de los porcentajes de arena, limo y arcilla en el suelo.
Las propiedades químicas y físicas de un suelo están relacionadas con la textura. El tamaño y la distribución de las partículas afectarán la capacidad del suelo para retener agua y nutrientes. Los suelos de textura fina generalmente tienen una mayor capacidad de retención de agua, mientras que los suelos arenosos contienen grandes espacios porosos que permiten la lixiviación. [6]
Los separadores del suelo son rangos específicos de tamaños de partículas. Las partículas más pequeñas son partículas de arcilla y se clasifican en diámetros inferiores a 0,002 mm. Las partículas de arcilla tienen forma de placa en lugar de esféricas, lo que permite una mayor superficie específica. [7] Las siguientes partículas más pequeñas son partículas de limo y tienen diámetros entre 0,002 mm y 0,05 mm (en la taxonomía de suelos del USDA). Las partículas más grandes son partículas de arena y tienen más de 0,05 mm de diámetro. Además, las partículas de arena grandes pueden describirse como gruesas , las intermedias como medianas y las más pequeñas como finas . Otros países tienen sus propias clasificaciones de tamaño de partículas.
El análisis manual es un medio simple y eficaz para evaluar y clasificar rápidamente la condición física de un suelo. Ejecutado correctamente, el procedimiento permite una evaluación rápida y frecuente de las características del suelo con poco o ningún equipo. Por lo tanto, es una herramienta útil para identificar variaciones espaciales tanto dentro como entre campos, así como para identificar cambios progresivos y límites entre unidades de mapas de suelos (series de suelos). La textura por tacto es un método cualitativo, ya que no proporciona valores exactos de arena, limo y arcilla. Aunque cualitativo, el diagrama de flujo de textura por sensación puede ser una forma precisa para que un científico o una persona interesada analice las proporciones relativas de arena, limo y arcilla. [8]
El método de textura por tacto implica tomar una pequeña muestra de tierra y hacer una cinta. Se puede hacer una cinta tomando una bola de tierra y empujándola entre el pulgar y el índice y apretándola hacia arriba hasta formar una cinta. Deja que la cinta emerja y se extienda sobre el dedo índice, rompiéndose por su propio peso. Medir la longitud de la cinta puede ayudar a determinar la cantidad de arcilla en la muestra. Después de hacer una cinta, humedezca excesivamente una pequeña pizca de tierra en la palma de la mano y frote con el dedo índice para determinar la cantidad de arena en la muestra. Los suelos que tienen un alto porcentaje de arena, como los franco arenosos o los arcillosos arenosos, tienen una textura arenosa. [1] Los suelos que tienen un alto porcentaje de limo, como franco limoso o arcilla limosa, se sienten suaves. [1] Los suelos que tienen un alto porcentaje de arcilla, como los franco arcillosos, tienen una sensación pegajosa. Aunque el método de textura por tacto requiere práctica, es una forma útil de determinar la textura del suelo, especialmente en el campo.
El sistema internacional de clasificación de suelos World Reference Base for Soil Resources (WRB) utiliza un método alternativo para determinar la textura por tacto, ofreciendo otro diagrama de flujo.
El tamizado es una técnica de análisis de suelos establecida desde hace mucho tiempo pero aún ampliamente utilizada. En el tamizado, un peso conocido de material de muestra pasa a través de tamices más finos. La cantidad recogida en cada tamiz se pesa para determinar el porcentaje de peso en cada fracción de tamaño.
El método se utiliza para determinar la distribución granulométrica de suelos con un diámetro superior a 75 μm, ya que el tamizado tiene una gran desventaja en el límite de medición inferior. De hecho, en el caso de una fracción más fina con un alto contenido de arcilla y limo (por debajo de 60 μm), la dispersión se vuelve desafiante debido a la alta cohesividad de las partículas, la pegajosidad del polvo al tamiz y las cargas electrostáticas. Además, en el tamizado las partículas pasan por el lado más pequeño a través de la abertura de malla, por lo que también se pueden tamizar las partículas de arcilla y limo en forma de placa. En general, esto conduce a una enorme subestimación de la fracción fina. [9]
Para medir limo y arcilla (con un tamaño de partícula inferior a 60 μm), se utiliza un segundo método de medición independiente (generalmente la técnica del hidrómetro o de la pipeta) en la muestra tomada del tamiz inferior. La distribución del tamaño de partículas obtenida del análisis de tamiz debe combinarse con los datos de un análisis de sedimentación para establecer una distribución completa del tamaño de partículas de la muestra.
El análisis de sedimentación (por ejemplo, método de pipeta, hidrómetro) se utiliza comúnmente en la industria del suelo o en geología para clasificar sedimentos. El método del hidrómetro se desarrolló en 1927 [10] y todavía se utiliza ampliamente en la actualidad.
El método del hidrómetro para determinar la textura del suelo es una medida cuantitativa que proporciona estimaciones del porcentaje de arena, arcilla y limo en el suelo según la ley de Stokes , que expresa la relación entre la velocidad de sedimentación y el tamaño de las partículas. [11]
Según esta ley, las partículas se depositan debido a la acción del peso y la gravedad. Sin embargo, hay dos fuerzas adicionales que actúan en la dirección opuesta al movimiento de las partículas, lo que determina la condición de equilibrio en la que la partícula cae a una velocidad constante llamada velocidad terminal .
El método del hidrómetro requiere el uso de hexametafosfato de sodio , que actúa como agente dispersante para separar los agregados del suelo. El suelo se mezcla con la solución de hexametafosfato de sodio en un agitador orbital durante la noche. La solución se transfiere a probetas graduadas de un litro y se llenan con agua. La solución del suelo se mezcla con un émbolo de metal para dispersar las partículas del suelo. [11] Las partículas del suelo se separan según su tamaño y se hunden hasta el fondo. Las partículas de arena se hunden primero hasta el fondo del cilindro. Las partículas de limo se hunden hasta el fondo del cilindro después de la arena. Las partículas de arcilla se separan por encima de la capa de limo.
Las mediciones se toman utilizando un hidrómetro de suelo. Un hidrómetro de suelo mide la densidad relativa de los líquidos (densidad de un líquido en comparación con la densidad del agua). El hidrómetro se introduce en el cilindro que contiene la mezcla de suelo en diferentes momentos, cuarenta y cinco segundos para medir el contenido de arena, una hora y media para medir el contenido de limo y entre seis y veinticuatro horas (según el protocolo utilizado) para medir. arcilla. Se registra el número visible en el hidrómetro (encima de la solución del suelo). [11] Se utiliza un blanco (que contiene solo agua y el agente dispersante) para calibrar el hidrómetro. Los valores registrados en las lecturas se utilizan para calcular el porcentaje de arcilla, limo y arena. El blanco se resta de cada una de las tres lecturas. Los cálculos son los siguientes: [11]
Porcentaje de limo = (masa seca de suelo – lectura del hidrómetro de arena – lectura en blanco) / (masa seca de suelo) *100
Porcentaje de arcilla = (lectura del hidrómetro de arcilla – lectura en blanco) / (masa seca de suelo) *100
Porcentaje de arena = 100 – (porcentaje de arcilla + porcentaje de limo)
El diámetro de Stokes determinado mediante el método de sedimentación es el diámetro de una esfera que tiene la misma velocidad de sedimentación y la misma densidad que la partícula. [12] Esta es la razón por la cual el análisis de sedimentación se aplica bien cuando se supone que las partículas son esféricas, tienen densidades similares, tienen interacciones insignificantes y son lo suficientemente pequeñas como para garantizar que el flujo de fluido permanezca laminar. [13] Se pueden esperar desviaciones de la ecuación de Stokes en el caso de partículas de forma irregular, como las partículas de arcilla, que son en su mayoría laminares o tubulares. La posición estable durante la sedimentación de partículas con tales formas es con el área de sección transversal máxima perpendicular a la dirección del movimiento. [13] Por esta razón, la resistencia al arrastre de las partículas aumenta y la velocidad de sedimentación disminuye. El diámetro de las partículas es directamente proporcional a la velocidad de sedimentación. Por lo tanto, a menor velocidad, el diámetro calculado también disminuye determinando una sobreestimación de la fracción de tamaño fino. [13]
El análisis de sedimentación muestra de todos modos límites para partículas menores de 0,2 micrones porque estas partículas pequeñas sufren un movimiento browniano en la suspensión y ya no se sedimentan según la ley de Stokes. [14] El análisis de sedimentación se puede realizar de forma continua con un alto grado de precisión y repetibilidad. La distribución del tamaño de las partículas del suelo que contiene una cantidad significativa de partículas más finas (limo y arcilla) no se puede realizar únicamente mediante análisis de tamiz, por lo tanto, el análisis de sedimentación se utiliza para determinar el rango inferior de la distribución del tamaño de las partículas.
La difracción láser es una técnica de medición para determinar la distribución del tamaño de partículas de muestras, ya sea dispersadas en un líquido o como polvo seco. La técnica se basa en que las ondas de luz se desvían al encontrar partículas en una muestra. [15] El diámetro esférico equivalente medido es el diámetro de una esfera que tiene en el área de la sección transversal el mismo patrón de difracción que la partícula investigada. [dieciséis]
El ángulo de difracción depende del tamaño de partícula, por lo tanto, el patrón de difracción depende de las cantidades relativas de diferentes tamaños de partícula presentes en esa muestra. Este patrón de difracción se detecta y analiza mediante modelos de difracción de Mie y Fraunhofer . El resultado de la medición es una distribución del tamaño de partículas (PSD). [15]
Mediante la difracción láser se puede determinar no sólo la distribución del tamaño de las partículas y los correspondientes valores D ponderados en volumen, sino también el porcentaje de partículas en las principales clases de tamaño utilizadas para la clasificación del suelo.
En comparación con otras técnicas, la difracción láser es un método rápido y rentable para medir el tamaño de las partículas y analizar rápidamente muestras de suelo. Una gran ventaja es la unidad de dispersión incorporada (por ejemplo, dispersión por presión de aire o dispersión por ultrasonido) de los instrumentos de difracción láser. Por lo tanto, las muestras secas se pueden medir sin los pasos externos de preparación de muestras, que son necesarios para el análisis de tamizado y sedimentación. Además, dado que la muestra se puede dispersar adecuadamente, no es necesario combinar dos técnicas de medición diferentes para obtener el rango completo de distribución del tamaño de partículas, incluido el contenido de limo y arcilla.
Tanto la teoría de la difracción láser de Fraunhofer como la de Mie suponen que las partículas tienen forma esférica. Esto da como resultado un pequeño error de medición, ya que las partículas pequeñas en las muestras de suelo, como la arcilla y el limo en particular, son alargadas y anisotrópicas. [17] El diámetro de las partículas en el método de difracción láser se determina en relación con su volumen potencial, que se calcula a partir de una imagen de difracción óptica en los bordes de la sección transversal de las partículas. El volumen de partículas de arcilla es el diámetro de la sección transversal de la placa, que en los cálculos se trata como el diámetro de la esfera. Por lo tanto, sus dimensiones suelen estar sobreestimadas en comparación con las medidas mediante análisis de sedimentación. [17]
El error asociado con la suposición de la esfericidad de las partículas depende además del grado de anisotropía . Las propiedades ópticas de las partículas anisotrópicas, como el índice de refracción y el índice de absorción, cambian según su orientación con respecto al rayo láser, que también es variable. Por lo tanto, en diferentes orientaciones de partículas se medirán diferentes secciones transversales y se producirán diferentes patrones de difracción.
Para arcillas con tamaños cercanos a la longitud de onda de un rayo láser, sería deseable la teoría de Mie . Esto requiere un conocimiento preciso del complejo índice de refracción del material de las partículas, incluido su coeficiente de absorción. [18] Debido a que estos parámetros son a menudo difíciles de recuperar, especialmente los coeficientes de absorción de luz para diversas partículas y granos del suelo, la teoría de Fraunhofer , que sólo tiene en cuenta los fenómenos de difracción de la luz en el borde de las partículas, a menudo se recomienda para suelos naturales. [17]
Existen varios métodos cuantitativos adicionales para determinar la textura del suelo. Algunos ejemplos de estos métodos son el método de la pipeta, la sedimentación por rayos X, el método de materia orgánica particulada (POM), el método rápido. [19]
La técnica de sedimentación por rayos X es una técnica híbrida que combina sedimentación y absorción de rayos X. El tamaño de partícula se calcula a partir de las velocidades terminales de sedimentación de las partículas aplicando la ley de Stokes . La adsorción de la radiación X se utiliza para determinar la concentración de masa relativa para cada clase de tamaño aplicando la ley de Beer-Lambert-Bouguer .