CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA SATURADA DE PERLITA PARA DISTINTOS TIEMPOS DE USO EN CULTIVO DE ROSAS BAJO CUBIERTA
CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA SATURADA DE PERLITA PARA DISTINTOS TIEMPOS DE USO EN CULTIVO XX XXXXX BAJO CUBIERTA
XXX X. L A N D IN I1; XXX XXX X X X X IN I1; LIBERT AD M A SC A R IN I2; X. XXXXXXX' y XXXXXX X X X EN 1
Recibido: 27 / 05 / 05 Aceptado: 19/ 12 / 05
RESUM EN
Enel presente trabajo seevaluaronlaconduelividadhidraulicasaturaday laporosidadefectivade perlita utilizadaencultivode rosas encontenedoresbajocubierta. La investigacion sellevo a caboen Buenos Aires ( 34° 37’ LS y 58° 21' LO), Argentina. Se utilizaron muestras de xxxxxxx xxxxxx y con 28 y 39 meses de uso que se extrajeron de la zona radicular. La porosidad efectiva se calculo a partir de la medicion de las densidades real y aparentc del sustrato para cada tiempo de uso. Se construyo un permeametro de carga constante y la conductividad hidraulica saturada se obtuvo a partir de la xxx xx Xxxxx. Las muestras se seleccionaron siguiendoundisenocompletamcnte alcatorizado con docerepeticiones portratamientoy las medias fueron comparadas con el Test xx Xxxxx a un nivcl de significancia de 0,05. La porosidad efectiva de la perlita aumcnto significativamente desde un valor inicial del 71,7% (xxxxxxx xxxxxx) hasta un valor del 85,4 % al cabo de 39 meses de uso, representando un incremento del 19%. En cambio, las conductividades hidraulicas saturadas no dieron diferencias significativas en el rango de porosidades utilizadas, si bien presentaron una variabilidadporccntual del 11 % respecto de su valor medio de 56,6 cm m in 1. El aumento dc la porosidad efectiva del sustrato podna explicarsc como resultado de la insertion dc las rafces que favorecen la formation xx xxxxxxx dentro del mismo o bien por la erosion del agua que provoca la apertura de algunos poros intcrnos y arrastre de las partfculas finas fuerade la zonade las raices. Sin embargo, el cambio significativo en la porosidad no llego a modificar la conductividad hidraulica de la perlita para el maximo tiempo de uso estudiado.
Palabras clave. Perlita, porosidad efectiva, conductividad hidraulica saturada.
SATURATED HYDRAULIC CONDUCTIVITY OF PEARLITE FOR DIFFERENT USING XXX E IN CULTURE OF ROSES IN G REENH O USES
SUM M ARY
In the present work the saturated hydraulic conductivity and the pearlite effective porosity were evaluated in culture of xxxxx.xx containers under cover. The investigation was carried out in Buenos Aires (34° 37 4SL and 58°27 ‘ WL), Argentina. Samples of virgin pearlite and after being used for 28 and 39 months, extracted of the radicular zone, were evaluated. The effective porosity was calculated from the measurement of the real and bulk densities of the substrate for each time of use.
Permeameter of constant load was constructedjmd the saturated hydraulic conductivity was obtained, in agreement with the Darcy’s law. The samples were completely selected following a randomized design with twelve repetitions by treatment and the averages were compared with the Test of Tukey at a level of significance of 0,05. The effective porosity of pearlite increased significantly from an initial value of 71,7% (virgin pearlite) to a value of 85,4% after 39months of use, representing an increase of 19%. However, the saturated hydraulic conductivities did not give significant di ffcrences in the range of porosities that were used, although they presented a percentage variability of 11 % respect to their average value of 56,6 cm m in 1. The increase of the effective porosity of the substrate could be explained as a result of the insertion of xxx xxxxx that favor the formation of channels or by the erosion of the water that causes the opening of some internal pores and drags of fine particles outside the root zone. Nevertheless, the significant change in the porosity did not modify the hydraulic conductivity of pearlite for the maximum using time.
Key words. Pearlite, effective porosity, hydraulic conductivity.
'Catedra de Fisica. Facultad de Agronomia. U.B.A. Av. San Xxxxxx 4453 ( 1417DSQ). Buenos Aires. Argentina xxxxxxxx @xxxx.xxx.xx.
2C atedra de Floricultura. FAUBA. 3Cate dra de Produccion Vegetal. FAUBA.
R e v . F a c u l t a d d e A g r o n o m i a UBA, 2 5 ( 3 ) : 2 2 7 - 2 3 2 , 2 0 0 5
228 XXX X. XXXXXXX et al.
IN T R O D U C C I O N
A ctualm ente se ha increm entado el cultivo sin suelo. El suelo es rem plazado por sustrato que se coloca en contenedores y funci.ona com o soporte del cultivo.
Un sustrato es un medio material en el que se de- sarrollan las rafces, aislado del suelo para impedir su desarrollo en el mismo, capaz de proporcionar a la plantael aguay loselem entosnutritivosquedem an- de y a las rafces el oxfgeno necesario para su respi- racion. Para cum plir correctam ente sus funciones de regulacion del sum inistro de agua, los sustratos deben poseer una elevada porosidad y capacidad de retencion del agua unidos a un drenaje rapido y una buena aireacion. El espacio poroso total es la fraccion del volum en total no ocupado por material solido (Xxxxxxxx Xxxxxxxxxxx Xxxxxx Xxxxxx, 1993). En sustratos, ademas de los poros entre partfculas, los propios granos o fibras pueden tener poros internos cerrados o conectados con el exterior. La perlita es un ejemplo tfpico en que a causa de la exis- tencia de poros cerrados, su porosidad efectiva es inferior a la total (Xxxxxxxx M iner, 1994). La perlita, sustrato inorganico de origen volcanico, es una arena silicatadadel grupo de las riolitas, expandida median- te un proceso decalentam iento a 1.000-1.200 °C, por locuai sehinchacercade 20 vecessu volumen inicial (Xxxx, 1993).
Cuando los sustratos estan saturados todos los poros conducen el agua, y en muchos de el los de- xxxx al tamano de los poros hay una rapida transi- cion entre los estados saturados y no saturados (Da Xxxxx etal, 1993). Es importante mantener elevado el flujo de agua hacia las rafces con el fin de reponer el agua perdidapor transpiracion (Xxxxx, 1997). Este flujo esta relacionado con la capacidad que presen- ta el sustrato para conducir el agua, denom inada conductividad hidraulica.
La conductividad hidraulica es una propiedad que depende de la porosidad del medio, de la den- sidad y de la viscosidad del fluido; las cuales son a su vez funcion de la temperatura. La conductividad hidraulica, al depender de la porosidad, depende fuertem ente del grado de com pactacion de la xxxx- tra y esta muy controlada por la fraccion fina. Si esta ultima es im portante puede reducirla hasta en dos ordenes de magnitud (Custodio y Llamas, 1983).
El calculo de la conductividad hidraulica es de im portancia practica para un m anejo efectivo xxx xxxxx y fertilization de un cultivo (Xxxxxx etal., 1992). En este caso particular, las variaciones de la con ductividad hidraulica con el tiempo de uso del sus trato en el cultivo derosa, determinaran la m odifica tion enlafrecuenciaderiegoestablecidainicialmente.
El objetivo de este trabajo fue evaluar la poro sidad efectiva y la conductividad hidraulica en es- tado de saturation de la perlita para diferentes tiem- pos de uso en cultivo xx xxxxx bajo cubierta. Se deter- m inolaconductividadhidraulicasaturadacom xxxxx previo para obtener en un estudio posterior la con ductividad no saturada a partir de la saturada y de la curva de retencion hfdrica, aplicando el modelo de V an G enuchten ( S c h aap y L e ij,2000).
MATERIALES Y METODOS
La investigation se Uevo acabo en Buenos Aires (34° 37" LS y 58°27’ LO), Argentina. Seutilizaron muestras de perlilas virgen, y con 28 meses y 39 meses de antigiie- dad en cultivo dc rosas bajo cubierta, plazos al cabo de los cuales cl sistemaradicularexperimento modificaciones. Sc extrajeron doce muestras de sustrato paracadatiempo de uso de la zona radicular de los contenedores y se selcccio- xxxxx siguiendo un diseno complctamente aleatorizado.
Densidades aparente y real
Ladensidad aparente (8 ) de un sustrato es la relacion entre la masa seca de las partfculas que lo componen y el volumen total que ocupa. En cambio, ladensidad real (5r) es la relacion entre la masa seca granular y el volumen ocu pado por lamateriasolidasinalterarosea incluycndolos poros internos cerrados (Xxxxx, 1997).
Las densidades de las partfculas inalteradas (5.) se determinaron con cl metodo del picnometro para cada tiempo de uso y las densidades aparentes (5 ) se calcu- xxxxx a partir dc la medicion de la masa seca de sustrato y del volumen del cilindro portamuestra, con doce repe- ticiones para cada tratamiento.
Porosidad efectiva
La porosidad efectiva (P ) es el porcentajc del volu men total que esta ocupado solamente por los poros
interconectados con el exterior. Esta vinculada con las densidades aparente y real del sustrato a traves de la si- guiente relacion:
donde el gradiente hidraulico se lodetermino por el cocien- te de lacaidade carga A/? entre los extremos de la muestra y su longitud / (Fig. 1).
P.% = 100 ( 1)
Se calcularon las porosidades efecti vas para cada una de las doce muestras por tratamiento.
Conductividad hidraulica
La ley dc Xxxxx describe el llujo de agua a traves de un medio poroso en condiciones de saturation. Establece que la densidad de flujo de lfquido q (volumen de lfquido, por unidad de tiempo y de area) que atraviesa una super- ficie de un medio poroso homogeneo y saturado, en regi men laminar y a temperatura constante es directamente
proporcional al gradiente hidraulico ( — ) en direccion normal adichasuperficie:
FIGURA 1. Flujo unidim ensional en un medio poroso m ostrando los pianos de carga, la perdida de carga y la d ireccio n del l lujo.
La validez de esta ley se restringe para valores del numerode Xxxxxxxx menoresde 10(Xxxxxxxxx Llamas, 1983), asegurando dentro de ese rango llujo laminar.
Para medir la conductividad hidraulica saturada se
q = - k dh_
dx
( 2 )
utilizo un permeametro de carga constante construido en la Catedra de Ffsica de la Facultad de Agronomia de la Universidad de Buenos Aires. Esta constituido por un
donde kcs la conductividad hidraulica saturada expresada en unidades de velocidad.
Si ademas el flujo es unidimensional y en regimen estacionario, la xxx xx Xxxxx se expresa como:
Ah
( 3 )
deposito de Mariottc (Xxxxxxx, 1958) con aguay conec- tado por una manguera flexible a uno de los extremos dc un cilindro horizontal que contenfa la muestra. Esta es- taba limitada en sus extremos por dos mallas metalicas, evitando asf la perdida de sustrato. Se aplicaron a los extremos de la muestra cinco gradientes hidraulicos crc- cientes,aumentandolaalturaA/2delacolumnadeaguaentrc la muestra y el tubo dc desagiie del deposito xx Xxxxxxxx. Se calculo la densidad de flujo a traves del sustrato, mi- diendo el tiempo de escurrimiento de un determinado volumen de fluido, recogido en el recipiente graduado R.
D e p o s i to de iM ariotte
X xxxxx g ra d u a d a
FIGURA 2. D i se no ex p xxxx en ta l para d e term in ar la co nductividad h id rau l ic a saturada.
R e v . F a c u l t a d d e A g r o n o m i a U B A , 2 5 ( 3 ) : 2 2 7 - 2 3 2 , 2 0 0 5
2 3 0 A N A M . XXXXXXX etal.
La longitud y el diametro efectivos de las muestras fueron 20 cm y 3,45 cm, respectivamente.
En lapreparacion de cada muestra se cuido de no forzar la compactacion de la perlita dentro del cilindro, para lo cual, se lo golpeo suavemente durante el llenado.
La conducti vidad hidraulica saturada (k) se determino en 12 muestras para cada tratamiento, con cinco repeti- ciones para cada gradiente, para 1imitar el error experimen tal a un valor menor del 12%. Se graficaron, para cada muestra, los valores de densidad de flujo (q) en funcion de los cinco gradientes (Ahit) aplicados. La pendiente de la recta de regresion es el estimador de la conductividad hidraulica saturada. El valor representative dc k para cada muestra fue el promedio de las cinco repeticiones.
Se comprobo el rango de validez de la xxx xx Xxxxx verificando la lineal idad entre las densidades de flujo cal- culados y los gradientes hidraulicos aplicados.
Percneabilidad intrfnseca
Como en general los sustratos se fertilizan con distin- tas soluciones acuosas, es necesarioobtenerun coeficien- te dc permeahilidad que dependa solo de las propiedades del medio poroso y no del fluido. Se define entonces, la permeabi 1idad intrfnsecao geometricakoque se relaciona con la conductividad hidraulica/:, el peso especfflco p y laviscosidaddinamicadel fluido rj mediantelaexpresion (Custodio y Llamas, 1983):
k = k — (4)
P
Enelsistema c.g.s. de unidades se expresa en cm2.
Paracalcular el peso especffico r de lasolucion acuosa (aguay fertilizante), se midio ladensidad conundensf- metro y se empleo el valor de la aceleracion gravitatoria local. El coeficiente de viscosidad de la solucion relativo al agua, a la temperatura de la experiencia, se determino con un viscosfmetro xx Xxxxxxx.
Los datos experimentales fueron analizados con el programa InfoStat/Profesional (v 1.1)
Se realizo un analisis de varianza para confirmar variaciones en la porosidad efectiva y conductividad hi draulica como respuestas al tiempo de uso, y las medias de los tratamicntos fueron comparadas con el Test xx Xxxxxx con un nivel de significancia0,05.
R E SU L T A D O S Y D ISC U SIO N
La Figura 3 se m uestra com o ejemplo de la val i- dez de la xxx xx Xxxxx quese verified para gradientes hidraulicos com prendidos entre 0,1 y 0,5 (Fig. 3).
Los valores medios de porosidad efectiva y con ductividad hidraulica saturada para los distintos tiem- pos de uso de la perlita se muestran en el Cuadro 1.
En el Cuadro 1 se observa que los valores de po rosidad efectiva fueron significati vam entediferen- tescon un rango de variacionentre 71 ,7 % y 85,4%, registrando al cabo de 39 meses un aumento del 19% respecto de su valor inicial (peri ita virgen). En cam-
q = 64,823 (Ah /t!) + 1,8166 R2 = 0,9961
0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Ah/£ (cm/cm)
FIG U R A 3. D en s id ad de f lujo (q) en funcion del grad ien te h idraulico ( A / / / 0 en perlita para un a m u e s tr a con 28 m eses de uso.
CUADRO 1. Porosidad efectiva y conductividad hidraulica saturada de perlita para los tiempos de uso.
Tiempo de uso ( meses) | Porosidad efectiva (%) | CV % | Conductividad hidraulica saturada (cm m i n 1) | CV (%) |
0 | 71,7 a | 1,4 | 56,3 a | 25,1 |
28 | 82,9 b | 2,3 | 62,8 a | 17,9 |
39 | 85,4 c | 1,4 | 50,7 a | 19,1 |
Las medias indicadas con la misma letra no presentan diferencias significativas con P< 0,05 (Test xx Xxxxx).
bio, las conductividades hidraulicas saturadas no dieron diferencias significativas en el rango de porosidades u tilizadas si bien presentaron una variabilidadporcentual del 11 % respecto de su valor medio de 56,6 cm min"1. El aum ento de la porosidad efectiva del sustrato con el tiem po de uso podria explicarsecomo resultado de la insercion de las rafces dentro del m ism o, favoreciendo la form acion de canal fculos o bien por la apertura de algunos poros internos y arrastre de las partfculas finas debido a la erosion del agua, fuera de la zonade las rafces. Sin embargo, el cambio significati vo en la porosidad no llego a m odificar la conductividad hidraulica satu- rada de la perlita para el tiem po maximo de uso es- tudiado.
Para determ inar la perm eabilidad intrfnseca se utilizo el coeficiente de viscosidad dinamico y peso especffico del agua a la tem peratura de la experien- cia cuyo valor m edio fue 22,5 °C.
El valor medio de la perm eabilidad intrfnseca resulto k ()= 9 , 1 1 10'6cm 2 medida con un error por- centual del 11%.
C O N C L U S I O N E S
La porosidad efectiva de la perlita aum ento significativam entedesde un valor inicial del 71,7% (xxxxxxx xxxxxx) hasta un valor del 85,4% al cabo de 39 meses de uso, representando un increm ento del 19%. En cambio laconductividad hidraulica satura da no presento diferencias significativas hasta el tiempo maximo del ensayo, obteniendose un valor medio ks= 56,6 cm m in 1con una indeterm inacion porcentualdel 11 %. El valor medio de la perm eabi lidad intrfnseca resulto k()= 9 ,1 1 10‘6 cm 2medida con un error porcentual del 11 %.
BIBLIOGRAFIA
- XXXXXXXX XXXXX, J. 1994. Sustratos: Propiedades y Caracterizacion. Edicioncs Mundi-Prensa; p 172
-XXXXX, X. 1997 “Sustratos”. Edicioncs Agrotecnicas S.L. Madrid
-XXXX, X. 1993 “Pourchoisierun substract de culture hors sol: conoitre sescaracteristiques”. Revue Horticole, 334 : 25-35
-XXXXXXXX, X. y M.R. LLAMAS. 1983 “Hidrologfa Subterranea”. Cap. 2, 5 y 8. Vol.l. Ed. Omega Barcelona.
-XX XXXXX, X.X.; X. XXXXXX and Y. XXXX. 1993. FlydrauJic Properties of Sphagnum Peat Xxxx and Tuff (scoria) and their Potential Effects on Water Availability. Plant and Soil 154: 119-126.
-INFOSTAT/PROFESIONAL (v. 1.1). U niversidad N acional de C ordoba. 2004.
R e v . F a c u l t a d d e A g r o n o m i a U B A , 25 (3): 227-232, 2005
232 XXX X. XXXXXXX etal.
XXXXXXXX XXXXXXXXXX, X. y X. XXXXXX XXXXXX. 1993 “Cultivos sin Suelo: H ortalizas en clim a M editerra- neo’\ Com pendios de H orticultura Ediciones de Horticultura. Espana.
XXXXXXX, X. 1958. “ Ffsica General y E xperim entar’Xxx o 1 Editorial Labor, S.A. Barcelona, Espana.
XXXXXX M.G. and X. X. XXXX. 2000. Im proved Prediction o f Un saturated Hydraulic C onductivity with the M ualem
- van G enuchten M odel. Soil Sci. Am. 64: 843-851 J.
-XXXXXX, X.; F.F. XX XXXXX and X. XXXX. 1992. Hydraulic Characteristics o f T uff (Scoria) used as a C ontainer M edium. Journal Am erican Soc. Hort. Sci. 117(3): 415-421