El suelo hidrofóbico es un suelo cuyas partículas repelen el agua. La capa de hidrofobicidad se encuentra comúnmente a unos pocos centímetros debajo de la superficie, paralela al perfil del suelo. [1] Esta capa puede variar en espesor y abundancia y normalmente está cubierta por una capa de ceniza o tierra quemada.
El suelo hidrofóbico se forma más comúnmente cuando un fuego o aire caliente dispersa compuestos cerosos que se encuentran en la capa superior de hojarasca y que consisten en materia orgánica. [2] Después de que los compuestos se dispersan, cubren principalmente partículas de suelo arenoso cerca de la superficie en las capas superiores del suelo, lo que hace que el suelo sea hidrofóbico. Otros productores de recubrimientos hidrofóbicos son la contaminación y los derrames industriales junto con la actividad microbiana del suelo. [2] La hidrofobicidad también puede verse como una propiedad natural del suelo que resulta de la degradación de la vegetación natural como el eucalipto, que tiene propiedades cerosas naturales. [3]
Se descubrió que en una arena particular de Nueva Zelanda, esta capa de lípidos cerosos consistía principalmente en hidrocarburos y triglicéridos que tenían un pH básico junto con un valor menor de ácidos grasos de cadena larga. [4] La penetración capilar entre las partículas del suelo está limitada por el recubrimiento hidrofóbico de las partículas, lo que da como resultado repelencia al agua en cada partícula afectada a medida que la cabeza hidrofílica del lípido se adhiere a la partícula de arena dejando la cola hidrofóbica protegiendo el exterior de la partícula. [2] Esto se puede ver en la Figura 1 a continuación.
Se ha descubierto que otros factores importantes para evitar el agua del suelo incluyen la textura del suelo, la microbiología, la rugosidad de la superficie del suelo, el contenido de materia orgánica del suelo, la composición química del suelo, la acidez, el contenido de agua del suelo, el tipo de suelo, la mineralogía de las partículas de arcilla y las variaciones estacionales de la región. [5] La textura del suelo juega un papel importante en la predicción de si un suelo podría repeler el agua, ya que las partículas granuladas más grandes en el suelo, como la arena, tienen superficies más pequeñas, lo que las hace más propensas a quedar completamente recubiertas por compuestos hidrofóbicos. Es mucho más difícil recubrir completamente una partícula de limo o arcilla con más superficie, pero cuando sucede, la repelencia al agua resultante del suelo es severa. [6] A medida que la materia orgánica del suelo en forma de biomasa vegetal o microbiana se descompone, los cambios fisicoquímicos también pueden liberar estos compuestos hidrofóbicos en el suelo. [7] Esto, sin embargo, depende del tipo de actividad microbiana presente en el suelo, ya que también puede obstaculizar el desarrollo de compuestos hidrofóbicos. [6]
La repelencia al agua del suelo casi siempre se prueba primero con la prueba del tiempo de penetración de gotas de agua (WDPT) debido a la simplicidad de la prueba. [8] Esta prueba se ejecuta registrando el tiempo que tarda una gota de agua en infiltrarse en un suelo específico, lo que indica la estabilidad de la repelencia. [2] La infiltración de agua se expresa como agua que ingresa al suelo de manera espontánea y se correlaciona con el ángulo de contacto agua-suelo. Si el ángulo de contacto agua-suelo es mayor a 90º, entonces se determina que el suelo es hidrofóbico. También se ha observado que si la gota de prueba se coloca en un suelo hidrofóbico, rápidamente desarrollará una piel de partículas antes de desaparecer. [2]
Resultados del WDPT: [9]
Tabla 1: Caracterización del grado de hidrofobicidad en suelos según la prueba de penetración de gotas de agua.
Otro método para determinar la repelencia al agua del suelo es la prueba de molaridad de gotas de etanol (MED). [10] La prueba MED utiliza soluciones de etanol de diferentes tensiones superficiales para observar la humectación del suelo en un período de tiempo de 10 segundos. Si no se moja dentro del plazo especificado, se coloca una solución acuosa de etanol con una tensión superficial más baja en un área diferente de la muestra. Los resultados de la prueba MED dependen de la molaridad de la solución de etanol cuyas gotas fueron absorbidas en los 10 segundos asignados. [10] La clasificación de la repelencia al agua del suelo a partir de esta prueba se puede realizar utilizando un índice MED donde un suelo no repelente al agua tiene un índice menor o igual a 1 y un suelo severamente repelente al agua tiene un índice mayor o igual a 2.2. [8] El índice MED, la tensión superficial de 90º, la molaridad del etanol y el porcentaje de volumen se correlacionan y se pueden convertir entre sí. [8] En esta prueba, el valor de la tensión superficial líquido-aire de la solución de etanol que se absorbe dentro de este período de tiempo se utiliza como la tensión superficial de noventa grados del suelo. La presión de entrada de agua asociada con el suelo analizado es otro indicador de las tasas de infiltración, ya que está asociada con el grado de repelencia al agua junto con el tamaño de los poros del suelo. [8]
Los suelos hidrofóbicos y su aversión al agua tienen consecuencias sobre la disponibilidad de agua y los nutrientes disponibles para las plantas, la hidrología y la geomorfología del área afectada. [5] Al reducir la tasa de infiltración, el tiempo de generación de escorrentía se reduce y conduce a un aumento en el flujo de agua terrestre durante eventos de precipitación o riego. Una mayor escorrentía aumenta la erosión, provoca patrones de humedad desiguales en el suelo, acelera la lixiviación de nutrientes, lo que reduce la fertilidad del suelo, desarrolla diferentes rutas de flujo en la región y aumenta el riesgo de contaminación de los suelos. [5]
El drenaje de nutrientes ocurre en áreas de repelencia más débiles en suelos hidrofóbicos donde el agua drena preferentemente hacia el suelo. Debido a que el agua no puede drenar hacia las áreas de hidrofobicidad más fuerte, el agua encuentra vías de flujo preferencial donde puede infiltrarse más profundamente en el perfil del suelo. Si los eventos de riego o precipitación son grandes, el agua podría potencialmente fluir por debajo de la zona de las raíces, haciéndola no disponible para cualquier vida vegetal y, a menudo, llevándose consigo fertilizantes y nutrientes. Esto además conduce a una distribución desigual de nutrientes y productos químicos aplicados, lo que da como resultado una vegetación irregular. [11]
En un entorno agrícola, el suelo hidrofóbico supone una gran limitación para el rendimiento de los cultivos. Por ejemplo, en Australia, se han documentado informes de hasta un 80% de pérdida de producción debido a la repelencia al agua del suelo. [6] Esto se debe a las bajas tasas de germinación de semillas en los suelos, así como a los bajos niveles de agua disponible para las plantas. [3]
Se han encontrado suelos hidrófobos en todos los continentes excepto en la Antártida. [5] Ocurre en regiones secas de los Estados Unidos, el sur de Australia y la cuenca mediterránea, y en regiones húmedas como Suecia, los Países Bajos, Columbia Británica y Columbia. [6] Aunque aparece principalmente en suelos de textura gruesa, como los suelos dominados por arena, afecta a suelos de todos los diferentes tipos de suelo y se ha informado en bosques, pastos, parcelas agrícolas y matorrales. [6] Generalmente, el grado de hidrofobicidad es más severo en los suelos de pastos de leguminosas en comparación con los campos agrícolas cultivados. [3]
Un método para gestionar suelos repelentes al agua es la arcilla. Esto se hace agregando materiales arcillosos al suelo, haciendo que la textura general del suelo tenga menos superficie. Se ha descubierto que la adición de arcilla a un campo hidrofóbico de cebada aumentó el rendimiento del cultivo de 1,7 a 3,4 t/ha, y en un campo de altramuces aumentó el rendimiento en 1 t/ha en un plazo de 2 años. [3] El encalado es otro método para reducir la repelencia al agua del suelo. [3] El proceso de encalado consiste en agregar carbonato de calcio para aumentar el pH del suelo. El ácido húmico sólo es soluble en agua a un pH superior a 6,5, mientras que el ácido fúlvico es soluble en todos los rangos de pH. Ambos ácidos residentes tienen una propiedad que les permite reducir la tensión superficial del agua cuando están en solución. Al aumentar el pH del suelo, aumenta la capacidad del ácido fúlvico y el ácido húmico naturales para aumentar la infiltración en suelos hidrofóbicos. Por el contrario, se ha informado que los suelos con una deficiencia de ácido flúvico en solución tendrían una repelencia al agua más severa. [3]
La práctica agrícola de labranza disminuye el grado de repelencia al agua del suelo. La labranza de los campos de cultivo reduce el contenido de carbono del suelo mediante la mezcla y la mineralización, disminuyendo así la probabilidad de descomposición por parte de microorganismos que pueden conducir a la dispersión de la capa hidrofóbica que desencadena la repelencia al agua del suelo. [3]
La formación natural de agujeros y grietas en parches de suelo hidrofóbicos permite que el agua se infiltre en la superficie. Estos pueden formarse a partir de animales excavadores, canales de raíces o macroporos de raíces podridas. [12] Estos macroporos han sido identificados como vías importantes en los ecosistemas forestales para que el agua penetre en el suelo porque representan aproximadamente el 35% del volumen cercano a la superficie del suelo. [12]