El suelo hidrofóbico es un suelo cuyas partículas repelen el agua. La capa de hidrofobicidad se encuentra comúnmente en la superficie o unos pocos centímetros por debajo de ella, 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 hidrófobo se forma más comúnmente cuando un incendio o aire caliente dispersa compuestos cerosos que se encuentran en la capa superior de hojarasca que consiste en materia orgánica. [2] Después de que los compuestos se dispersan, recubren principalmente partículas arenosas del suelo cerca de la superficie en las capas superiores del suelo, lo que hace que el suelo sea hidrófobo. Otros productores de recubrimientos hidrófobos 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 encontró que en una arena particular de Nueva Zelanda, esta capa lipídica cerosa consistía principalmente de hidrocarburos y triglicéridos que eran básicos en pH junto con un valor menor de ácidos grasos de cadena larga ácidos. [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 que evitan la humedad 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 ser repelente al agua, ya que las partículas de grano más grande en el suelo, como la arena, tienen áreas de superficie más pequeñas, lo que las hace más propensas a estar completamente cubiertas por compuestos hidrófobos. Es mucho más difícil recubrir completamente una partícula de limo o arcilla con más área de 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 hidrófobos 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 hidrófobos. [6]
La repelencia del 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 de 90º, entonces se determina que el suelo es hidrófobo. También se ha observado que si la gota de prueba se coloca en suelo hidrófobo, desarrollará rápidamente una película de partículas antes de desaparecer. [2]
Resultados del WDPT: [9]
Tabla 1: Caracterización del grado de hidrofobicidad en suelos con base en el ensayo de penetración de gotas de agua.
Otro método para determinar la repelencia del 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 dentro de un período de tiempo de 10 segundos. Si no hay humectación dentro del período de tiempo especificado, se coloca una solución acuosa de etanol con menor tensión superficial en un área diferente de la muestra. Los resultados de la prueba MED dependen de la molaridad de la solución de etanol cuyas gotas se absorbieron en los 10 segundos asignados. [10] La clasificación de la repelencia del 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 probado 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 hidrófobos y su aversión al agua tienen consecuencias en la disponibilidad de agua para las plantas, los nutrientes disponibles para ellas, la hidrología y la geomorfología del área afectada. [5] Al reducir la tasa de infiltración, se reduce el tiempo de generación de escorrentía y conduce a un aumento en el flujo terrestre de agua durante los eventos de precipitación o riego. Una mayor escorrentía aumenta la erosión, causa patrones de humectación desiguales en el suelo, acelera la lixiviación de nutrientes reduciendo la fertilidad del suelo, desarrolla diferentes vías de flujo en la región y aumenta el riesgo de contaminación en los suelos. [5]
El drenaje de nutrientes se produce en las zonas de repelencia más débiles en suelos hidrófobos, donde el agua se drena preferentemente hacia el suelo. Debido a que el agua no puede drenar hacia las zonas de mayor hidrofobicidad, 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 fluir por debajo de la zona de las raíces, lo que la hace inaccesible para cualquier vida vegetal y, a menudo, se lleva consigo fertilizantes y nutrientes. Esto, además, conduce a una distribución desigual de los nutrientes y de los productos químicos aplicados, lo que da como resultado una vegetación irregular. [11]
En el ámbito agrícola, el suelo hidrófobo es una limitación importante para el rendimiento de los cultivos. Por ejemplo, en Australia, se han documentado casos de pérdidas de producción de hasta el 80 % debido a la repelencia del agua del suelo. [6] Esto se debe a las bajas tasas de germinación de las 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] Se presenta 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 Colombia. [6] Aunque aparece principalmente en suelos de textura gruesa como los suelos dominados por arena, afecta a suelos de todos los tipos diferentes y se ha informado en bosques, pastizales, parcelas agrícolas y matorrales. [6] En general, el grado de hidrofobicidad es más severo en los suelos de pastizales de leguminosas y gramíneas en comparación con los campos agrícolas cultivados. [3]
Un método para manejar suelos repelentes al agua es el encalado. Esto se hace añadiendo materiales arcillosos al suelo, haciendo que la textura general del suelo tenga menos área superficial. Se ha descubierto que añadir arcilla a un campo hidrófobo 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 del agua del suelo. [3] El proceso de encalado consiste en añadir carbonato de calcio para aumentar el pH del suelo. El ácido húmico solo 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 hidrófobos. 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 la labranza disminuye el grado de repelencia del agua del suelo. La labranza de los campos de cultivo reduce el contenido de carbono del suelo a través de la mezcla y la mineralización, disminuyendo así la probabilidad de descomposición por microorganismos que pueden conducir a la dispersión de la capa hidrofóbica que desencadena la repelencia del agua del suelo. [3]
Los agujeros y grietas que se forman naturalmente en las áreas hidrofóbicas del suelo permiten que el agua se filtre a la superficie. Estos pueden formarse a partir de animales que excavan, canales de raíces o macroporos de raíces en descomposición. [12] Estos macroporos se han identificado 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]