Distribución del tamaño de las partículas en los suelos

1. ¿Qué es la composición granulométrica?

Demos una definición clara. La composición granulométrica (o mecánica) del suelo es el contenido porcentual relativo de partículas (o elementos mecánicos) de distintos tamaños (Foth, 1990). En pocas palabras, es de qué "ladrillos" de diferentes tamaños está hecha la parte sólida del suelo.

En cualquier suelo encontramos partículas de muy diversos tamaños: desde enormes bloques hasta partículas coloidales diminutas que solo se pueden ver con un microscopio electrónico. Sin embargo, en agronomía nos interesa principalmente la tierra fina: la fracción del suelo que pasa a través de un tamiz de 2 mm (Mukha y otros, 2003). Es en este material, en partículas menores de 2 mm, donde se concentra toda la vida y la fertilidad del suelo. Los fragmentos más gruesos (grava, piedras) se denominan esqueleto del suelo; ciertamente son importantes para el drenaje, pero su influencia en la capacidad de retener humedad y nutrientes es mínima.

La composición granulométrica no es un número abstracto. Es una de las características más fundamentales y conservadoras del suelo. A diferencia del contenido de humedad o de la estructura, es prácticamente imposible modificarla en el campo. Para convertir un suelo arenoso en uno arcilloso, en esencia habría que reemplazar toda la masa del suelo. Por lo tanto, la información sobre la textura es la base a partir de la cual partimos al evaluar cualquier parcela (Weil y Brady, 2017).

¿Cómo funciona esto en la práctica?

Tome una muestra seca de suelo en sus manos. Si se siente áspera como papel de lija, entenderá de inmediato que es un suelo arenoso. Si recuerda a la harina, suave y no pegajosa, es un franco o franco arenoso. Si es pegajosa, plástica, y se puede enrollar como una "salchicha", es arcilla. Este es el método de campo para determinar la textura, el llamado "método organoléptico" o método "al tacto". Un edafólogo experimentado puede determinar con gran precisión la composición simplemente amasando una muestra húmeda con los dedos (Foth, 1990).

Pero para la ciencia esto no es suficiente. Debemos dar estimaciones cuantitativas precisas. Por eso distinguimos diferentes fracciones granulométricas y medimos sus proporciones. Y aquí llegamos a la pregunta central de nuestra conferencia: ¿Por qué el tamaño de las partículas es tan importante?

Para responder, debemos considerar los fenómenos físicos asociados al tamaño y la forma de las partículas. El primero de ellos es la geometría única de la superficie.

2. Fracciones por tamaño

Llegamos a la cuestión de cómo se dividen las partículas de la tierra fina en grupos o fracciones. Aunque esta división pueda parecer una clasificación sencilla, en realidad está profundamente fundamentada en la física. Cada fracción no es solo un rango de tamaños, sino un nivel cualitativamente diferente de organización de la materia, con propiedades que le son propias.

En la mayoría de los países del mundo, incluidos Rusia y Estados Unidos, se adopta el siguiente esquema básico (Foth, 1990; Weil y Brady, 2017; Mukha y otros, 2003):

• Arena (Sand): Partículas de diámetro entre 2,0 y 0,05 mm.
• Limo (Silt): Partículas de diámetro entre 0,05 y 0,002 mm.
• Arcilla (Clay): Partículas de diámetro menor de 0,002 mm (es decir, < 2 micras).

Como se observa, los límites entre fracciones se sitúan en 2 mm, 0,05 mm y 0,002 mm. Estas cifras no son arbitrarias.

El límite de 2 mm separa la tierra fina del esqueleto. Esto se debe a que las partículas mayores de 2 mm apenas participan en los procesos que determinan la fertilidad: no retienen humedad, no son fuente de nutrientes y no afectan la pegajosidad ni la plasticidad del suelo.

El límite de 0,05 mm (50 micras) es aproximadamente el límite de resolución del ojo humano. Las partículas mayores de este límite podemos verlas y sentir su rugosidad. Las partículas de limo ya no son distinguibles a simple vista, y al tacto dan una sensación de suavidad similar a la de la harina.

El límite de 0,002 mm (2 micras) es quizás el más importante y con mayor fundamento físico. Aquí comienza el mundo de las partículas coloidales. Las partículas de arcilla son tan pequeñas que su comportamiento deja de obedecer las leyes de la mecánica clásica y comienza a regirse por fuerzas superficiales, como veremos más adelante (Weil y Brady, 2017). No sedimentan en el agua según la ley de Stokes como lo hace la arena; pueden permanecer en suspensión durante mucho tiempo.

Observe la característica clave de esta escala: es logarítmica. El rango de tamaños de partículas desde 2 mm hasta 0,002 mm abarca tres órdenes de magnitud. Esto significa que en un gramo de partículas arcillosas la superficie puede ser miles de veces mayor que en un gramo de arena. Ese es el secreto principal de la textura del suelo.

¿Cómo se determinan las fracciones en el laboratorio?

En el laboratorio se utiliza un método basado en la ley de Stokes. La esencia es simple: en agua tranquila, las partículas grandes sedimentan más rápido que las pequeñas (Foth, 1990; Marshall y otros, 1996). El suelo se dispersa (se separa en partículas individuales) en agua y, en intervalos de tiempo determinados, se mide la densidad de la suspensión a cierta profundidad con un hidrómetro (método del hidrómetro). Conociendo el tiempo y la profundidad, mediante la fórmula de Stokes se calcula el tamaño máximo de partícula que pudo haberse sedimentado en ese momento. La arena sedimenta en 40 segundos, mientras que la arcilla requiere horas (Foth, 1990).

En la práctica, en el campo se utiliza más a menudo el "método del tacto" que mencionamos antes. Pero recuerde: este método solo da una estimación aproximada. Solo el análisis de laboratorio proporciona cifras exactas.

Visualizando la escala

Para apreciar la diferencia de tamaño, imagine que ampliamos un grano de arena de tamaño medio (0,5 mm) hasta el tamaño de una pelota de tenis (unos 4 cm de diámetro). A esa escala, una partícula de limo sería del tamaño de una semilla de amapola, y una partícula de arcilla sería apenas una mota de polvo apenas visible. Esa colosal diferencia de tamaños es la razón por la que la arena, el limo y la arcilla se comportan de manera diferente.

Ahora que conocemos las fracciones, podemos abordar la pregunta principal: ¿Por qué importa el tamaño? Esta pregunta será el centro de la siguiente sección, donde analizaremos los conceptos de superficie específica y energía superficial.

3. Por qué importa el tamaño

Llegamos a la pregunta central de nuestra conferencia. En las secciones anteriores vimos que las partículas del suelo se dividen en fracciones y que el rango de tamaños abarca tres órdenes de magnitud. Ahora debemos responder a la pregunta clave: ¿por qué este tamaño tiene una influencia tan enorme en las propiedades del suelo?

La respuesta se encuentra en tres conceptos físicos fundamentales que están íntimamente relacionados: superficie específica, área de contacto y energía superficial. Analicémoslos por separado.

Superficie específica

Imagine un cubo de hielo de 1 cm de lado. Su área superficial total es de 6 cm². Ahora imagine que dividimos ese cubo en 1000 cubos de 1 mm de arista. El área total de esos cubos pequeños sería de 60 cm², es decir, 10 veces mayor, aunque la masa del material sigue siendo la misma (Weil y Brady, 2017). Si seguimos fragmentando hasta tamaños coloidales, la superficie aumenta hasta decenas y cientos de metros cuadrados por gramo.

La superficie específica es el área total de la superficie de todas las partículas contenidas en una unidad de masa (o volumen) de suelo. Es esta característica, y no simplemente la "cantidad de arcilla", la que es clave para comprender las propiedades físicas.

Ofrecemos estimaciones cuantitativas (White, 2006; Shukla, 2023):

• Arena gruesa (diámetro de partícula ~1 mm): superficie específica de aproximadamente 0,01 m²/g.
• Arena fina (~0,1 mm): aproximadamente 0,1 m²/g.
• Limo (~0,01 mm): aproximadamente 1 m²/g.
• Caolinita (mineral arcilloso): 5–40 m²/g.
• Montmorillonita (arcilla expansiva): hasta 750 m²/g o más.

¡La diferencia entre la arena y la arcilla es de miles de veces! Esto significa que un gramo de partículas arcillosas tiene una superficie comparable a un campo de fútbol, mientras que un gramo de arena tiene el área de un sello postal. Esta colosal diferencia está en la base de todos los fenómenos que discutiremos.

Área de contacto

El aumento de la superficie específica tiene otra consecuencia importante: multiplica el área de contacto entre la fase sólida del suelo y la fase líquida o gaseosa (Foth, 1990). Cuanto mayor es el área de contacto, más intensos son todos los procesos que ocurren en la interfase:

• adsorción de agua y gases;
• disolución e intercambio iónico;
• interacción con pelos radiculares y microorganismos;
• reacciones químicas, incluida la meteorización.

En un suelo arenoso, la zona de contacto es pequeña, por lo que los procesos son lentos. En un suelo arcilloso, el área de contacto es enorme, por lo que reacciona con rapidez e intensidad a los cambios ambientales.

Energía superficial

¿Por qué el aumento de la superficie afecta tanto a la actividad de la materia? Porque los átomos y moléculas en la superficie de un sólido se encuentran en un estado especial, de no equilibrio. En el interior de un cristal, cada átomo está rodeado de vecinos y sus enlaces químicos están completamente saturados. En la superficie, en cambio, algunos enlaces están "rotos" y los átomos experimentan insaturación. Esta insaturación genera un exceso de energía: la energía superficial, que el sistema tiende a reducir (White, 2006).

La forma más sencilla de reducir la energía superficial es la adsorción: atraer y retener moléculas del entorno (agua, gases, iones disueltos) sobre la superficie. En esencia, la superficie "cura" sus heridas capturando partículas extrañas. Cuanto mayor es la superficie, más "heridas" tiene y mayor es su potencial de adsorción.

Este principio es universal. Explica por qué:

• las partículas arcillosas atraen y retienen gruesas capas de agua alrededor de sí mismas;
• en los suelos arcillosos el aire es más húmedo;
• las partículas arcillosas pueden retener iones nutrientes en su superficie, haciéndolos disponibles para las raíces;
• los suelos arcillosos tienen alta capacidad calorífica y se calientan lentamente en primavera.

Por lo tanto, el tamaño de las partículas determina la superficie específica, y la superficie específica, junto con la energía superficial asociada, determina casi todas las propiedades físicas y muchas químicas del suelo. Esta es la comprensión clave que debe servirle de base.

Ahora, armados con este conocimiento, veamos cómo el tamaño de las partículas influye en los procesos más importantes del suelo: la interacción con el agua, el aire, el calor y las sustancias disueltas. Esto lo abordaremos en las siguientes secciones.

4. Tamaño de partícula y agua

Llegamos a uno de los aspectos prácticos más importantes de nuestro tema: cómo el tamaño de las partículas del suelo determina el comportamiento del agua en el suelo. Esta es quizás la manifestación más directa y tangible de los principios físicos que hemos discutido en la sección anterior.

¿Por qué la arena deja pasar el agua rápidamente, mientras que la arcilla la retiene?

La respuesta está en el tamaño y la cantidad de poros que se forman entre las partículas.

Imagine dos recipientes: uno lleno de bolas grandes (análogo a un suelo arenoso), y otro lleno de bolas o placas microscópicas (análogo a un suelo arcilloso). En el primer caso, entre las bolas quedan grandes espacios: macroporos. El agua fluye fácil y rápidamente a través de ellos por gravedad. En el segundo caso, los espacios entre partículas son extremadamente pequeños: son microporos e incluso nanoporos.

Aquí entra en juego el fenómeno de la capilaridad. Seguramente ha observado cómo el agua asciende por un tubo de vidrio fino sumergido en un recipiente. Cuanto más delgado es el tubo, más alto sube el agua. Este efecto se debe a las fuerzas de tensión superficial y a la mojabilidad de las paredes. En el suelo, los capilares son los poros entre partículas. Cuanto más finas son las partículas, más delgados son los poros y más alta y fuertemente se retiene el agua en ellos (Marshall y otros, 1996; Shukla, 2023).

Cuantitativamente, esto se describe mediante la ecuación de ascenso capilar, que en forma simplificada es:

donde h es la altura de ascenso, r es el radio del capilar (poro). De esta fórmula se desprende que la altura de ascenso es inversamente proporcional al radio del poro: cuanto más delgado es el capilar, más alto asciende el agua. Para un poro de 0,01 mm de diámetro, el agua puede subir unos 3 metros; para un poro de 0,001 mm, ¡hasta 30 metros! (Marshall y otros, 1996).

Así, en un suelo arcilloso, donde predominan los poros finos, el agua se retiene mucho más fuertemente que en un suelo arenoso, donde los poros son grandes.

Formas del agua en el suelo

Según la fuerza de retención, se distinguen varias formas de agua en el suelo (Weil y Brady, 2017; Shukla, 2023):

1. Agua gravitacional: es el agua que drena libremente hacia abajo por gravedad. Es típica de los poros grandes y solo está presente inmediatamente después de la lluvia o el riego. Los suelos arenosos, donde predominan los macroporos, pierden rápidamente esta agua.

2. Agua capilar: se retiene en los poros finos (capilares) por fuerzas de tensión superficial. Es la principal fuente de humedad para las plantas. En los suelos francos y arcillosos hay mucha agua capilar y está disponible para las raíces.

3. Agua pelicular e higroscópica: son capas moleculares muy delgadas de agua retenidas en la superficie de las partículas sólidas por fuerzas de adsorción. Esta agua no está disponible para las raíces porque se retiene con demasiada fuerza. En los suelos arcillosos, con su enorme superficie específica, la cantidad de esta agua puede ser significativa.

Agua disponible para las plantas

Para el agrónomo son críticos dos indicadores:

Capacidad de campo (CC) o capacidad de retención de agua: es la cantidad máxima de agua que el suelo puede retener contra la gravedad. Es el límite superior del agua disponible para las plantas. En suelos arcillosos, la CC es mayor que en los arenosos, debido al mayor volumen de poros capilares (Foth, 1990; Scheffer, 2018).

Punto de marchitez permanente (PMP): es la humedad del suelo en la que las plantas ya no pueden absorber agua y comienzan a marchitarse. Es el límite inferior del agua disponible. En suelos arcillosos, el PMP también es más alto, ya que una parte importante del agua se retiene en forma de películas inaccesibles sobre la superficie de las partículas.

La diferencia entre CC y PMP es el agua útil, es decir, el agua que las plantas pueden utilizar (Weil y Brady, 2017; Foth, 1990). Aquí es donde se manifiesta la importancia práctica de la textura.

Tabla 4.2 (datos compilados de Foth, 1990; Weil y Brady, 2017)

Como se ve en la tabla, los suelos francos suelen ser los más favorables para las plantas: retienen bastante bien el agua, pero sin encharcarse, y la mayor parte de la humedad está en forma accesible para las raíces. Los suelos arenosos, por el contrario, dejan pasar fácilmente el agua, pero se secan rápidamente (suelos "ligeros"). Los suelos arcillosos retienen mucha agua, pero a las raíces les cuesta extraerla, especialmente en períodos secos.

¿Por qué los suelos arenosos se calientan rápidamente y los arcillosos lentamente?

Esto no solo está relacionado con el régimen hídrico, sino también con las propiedades termofísicas, que veremos en una de las próximas secciones.

Resumen de esta sección:

El tamaño de las partículas determina el tamaño de los poros, y el tamaño de los poros determina cómo se retiene y se mueve el agua en el suelo. Las partículas finas (arcilla) crean un sistema de capilares finos que retienen el agua contra la gravedad, pero la hacen menos accesible para las plantas. Las partículas gruesas (arena) crean poros grandes por los que el agua se drena rápidamente, lo que provoca sequías frecuentes. El franco ocupa una posición intermedia óptima. Por tanto, la textura es el "director" del régimen hídrico del suelo.

Ahora que hemos tratado el agua, veamos cómo el tamaño de las partículas afecta a la segunda componente vital del suelo: su régimen de aire. Esta es la siguiente sección.

5. Tamaño de partícula y aire

Pasamos a otro aspecto crucial que determina la "salud" del suelo y su capacidad para mantener la vida vegetal: el régimen de aire. Si el agua es la sangre del suelo, el aire es su respiración. Y, como ya habrá adivinado, este proceso depende directamente de si las partículas del suelo son finas o gruesas.

¿Por qué es tan importante el aire para el suelo y las plantas?

Las raíces de las plantas, como todas las células vivas, respiran. Consumen oxígeno (O₂) en el proceso de respiración, que libera energía necesaria para el crecimiento y la absorción de nutrientes, y emiten dióxido de carbono (CO₂) (Foth, 1990). Si hay poco oxígeno en el suelo, la respiración de las raíces se ralentiza, estas se asfixian y la planta puede morir. Este proceso se denomina hipoxia o falta de oxígeno.

Los microorganismos del suelo también necesitan oxígeno. Son las bacterias y hongos aerobios los que descomponen los restos orgánicos, convirtiéndolos en nutrientes disponibles para las plantas. En ausencia de oxígeno, este proceso se ralentiza y la materia orgánica se acumula sin descomponer, mientras que la descomposición sigue vías anaerobias, produciendo sustancias tóxicas para las plantas (metano, sulfuro de hidrógeno, compuestos reducidos de hierro y manganeso) (Foth, 1990; Weil y Brady, 2017).

¿Cómo determina el tamaño de las partículas el régimen de aire?

La respuesta es un espejo de lo que discutimos en la sección del agua. El aire en el suelo ocupa los mismos poros que no están llenos de agua. Por lo tanto, la aireación del suelo (su capacidad para suministrar oxígeno a las raíces) está determinada por el tamaño y la cantidad de poros.

En los suelos arenosos, como recordamos, predominan los macroporos grandes. Incluso después de una lluvia intensa o un riego, el agua se drena rápidamente de estos poros por gravedad, dejando espacio para el aire. Por eso, los suelos arenosos siempre están bien aireados: el aire circula libremente por los grandes canales, proporcionando a las raíces suficiente oxígeno. La otra cara de la moneda es la baja capacidad de retención de agua.

En los suelos arcillosos, la situación es fundamentalmente diferente. Aquí dominan los microporos y nanoporos finos. El agua se retiene en ellos con mucha fuerza por fuerzas capilares, por lo que en los suelos arcillosos los poros suelen estar llenos de agua y queda muy poco espacio libre para el aire. El intercambio gaseoso en ese suelo es difícil. Después de una lluvia intensa o un riego, el suelo arcilloso puede permanecer encharcado durante varios días, creando condiciones de falta de oxígeno para las raíces. Este estado se denomina encharcamiento o inundación (Marshall y otros, 1996; Weil y Brady, 2017).

¿Cómo se manifiesta esto en la práctica?

Imagine dos campos después de un aguacero: uno en suelo arenoso y otro en arcilloso. El agua en el campo arenoso se infiltrará en pocas horas y se podrá trabajar sin problemas. En el campo arcilloso, el agua puede permanecer en charcos durante varios días, formando barro e impidiendo cualquier actividad, mientras las plantas empiezan a amarillear y languidecer por falta de oxígeno.

Diferentes plantas responden de manera distinta a la falta de oxígeno. El maíz, por ejemplo, es muy sensible al encharcamiento. Unos pocos días en suelo inundado pueden reducir seriamente su rendimiento. El sorgo, en cambio, es muy tolerante a la falta de oxígeno y puede soportar la inundación sin daños visibles durante bastante tiempo (Eash y otros, 2016). Por eso, en condiciones de exceso de humedad, se suele optar por cultivos con alta tolerancia a la hipoxia.

Agua capilar y gases disueltos

Es importante entender que incluso en un suelo "seco", el aire de los poros siempre contiene vapor de agua. La humedad del aire en los poros del suelo suele estar cerca del 100% (Eash y otros, 2016). Además, en el agua del suelo hay gases disueltos, incluidos oxígeno y dióxido de carbono. Sus concentraciones dependen de la temperatura, la presión y la actividad biológica.

Cuando el suelo se encharca, el acceso de oxígeno desde la atmósfera se reduce drásticamente. Esto provoca un rápido agotamiento de las reservas de O₂ disuelto en el agua del suelo. Al mismo tiempo, se acumula CO₂ producido por la respiración de raíces y microorganismos. En casos graves, esto puede llevar a la muerte de las plantas (Foth, 1990).

Difusión de gases en el suelo

El aire entra y sale del suelo principalmente por difusión, un proceso en el que las moléculas de gas se mueven desde una zona de alta concentración a otra de baja concentración. El oxígeno difunde desde la atmósfera hacia el suelo, donde su concentración se reduce por la respiración de las raíces. El dióxido de carbono difunde en sentido contrario.

La velocidad de difusión de gases en el suelo es aproximadamente 10 000 veces más lenta que en el aire libre (Weil y Brady, 2017). Esto se debe a que las moléculas de gas tienen que abrirse paso a través de canales estrechos, tortuosos y a menudo parcialmente llenos de agua (tortuosidad del espacio poroso). En los suelos arcillosos, la tortuosidad es máxima y los caminos para el aire están más obstruidos por el agua, por lo que la velocidad de intercambio gaseoso es mínima.

Resumen de esta sección:

Así, el régimen de aire del suelo, al igual que el hídrico, está controlado estrictamente por la composición granulométrica. Los suelos arenosos están bien aireados pero son pobres en humedad. Los suelos arcillosos, por el contrario, son ricos en humedad pero sufren falta de aire, especialmente en períodos de encharcamiento. Los suelos francos suelen encontrar un equilibrio óptimo entre humedad y aire. Para las plantas, tanto la sequía como la falta de oxígeno en las raíces son igualmente perjudiciales, por lo que conocer la textura del suelo permite al agrónomo prever estos problemas y elegir la estrategia de manejo adecuada (drenaje, laboreo, selección de cultivos).

Ahora que hemos tratado el agua y el aire, consideremos el tercer factor más importante determinado por el tamaño de las partículas: el régimen térmico del suelo. Esta es la siguiente sección.

6. Tamaño de partícula y calor

Pasamos al tercer aspecto crítico que determina el "bienestar" del suelo y su capacidad para crear condiciones confortables para las plantas: el régimen térmico. La forma en que el suelo se calienta y se enfría afecta a las fechas de siembra, la velocidad de germinación, la actividad microbiana y, en última instancia, la duración del período vegetativo. Y aquí, como habrá adivinado, el tamaño de las partículas vuelve a desempeñar un papel decisivo.

¿Por qué algunos suelos se calientan rápidamente en primavera y otros lentamente?

Todo jardinero sabe: los suelos arenosos son "cálidos", se calientan rápidamente después del invierno y permiten sembrar más temprano. Los suelos arcillosos son "fríos", permanecen húmedos y fríos durante mucho tiempo, y la siembra debe retrasarse. ¿Cuál es la razón?

La respuesta está en dos características termofísicas clave: capacidad calorífica y conductividad térmica.

Capacidad calorífica es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de volumen (o masa) de una sustancia en 1 °C. Las capacidades caloríficas de los distintos componentes del suelo difieren mucho (Foth, 1990; Weil y Brady, 2017):

• Partículas minerales (arena, arcilla): ~0,2 cal/(g·°C) — esto significa que solo se necesitan 0,2 calorías para calentar 1 g de material mineral 1 grado.
• Agua: ~1,0 cal/(g·°C) — ¡5 veces más! El agua tiene una de las capacidades caloríficas más altas entre las sustancias naturales.
• Aire: ~0,0003 cal/(g·°C) — capacidad calorífica insignificante.
• Materia orgánica: ~0,5 cal/(g·°C) — posición intermedia.

Por lo tanto, el agua es el principal acumulador de calor en el suelo. Es el contenido de agua el que determina cuánta energía se necesita para calentar el suelo.

¿Cómo afecta el tamaño de las partículas a la capacidad calorífica?

Los suelos arenosos, como sabemos, tienen baja capacidad de retención de agua. Por lo tanto, contienen poca agua. Su capacidad calorífica está determinada principalmente por las partículas minerales (alrededor de 0,2 cal/(g·°C)). Se necesita poca energía para calentarlos, por lo que se calientan rápidamente. Además, en los suelos arenosos secos, el aire ocupa mucho espacio, pero apenas participa en el balance térmico debido a su capacidad calorífica insignificante.

Los suelos arcillosos, por el contrario, contienen mucha agua (capilar y pelicular). Por lo tanto, su capacidad calorífica se acerca a la del agua (alrededor de 0,5–0,8 cal/(g·°C) según la humedad). Para calentar un suelo arcilloso húmedo se necesita mucha más energía térmica. Por eso, en primavera permanece frío durante mucho tiempo (Scheffer, 2018; Foth, 1990).

Conductividad térmica es la capacidad de una sustancia para conducir el calor. El calor se propaga en el suelo desde las capas más cálidas a las más frías. La velocidad de este proceso depende de la conductividad térmica.

Las conductividades térmicas de los componentes del suelo también difieren (Foth, 1990; Marshall y otros, 1996; Weil y Brady, 2017):

• Cuarzo (arena): alta conductividad térmica (alrededor de 0,0088 cal/(cm·s·°C)) — el cuarzo conduce bien el calor.
• Minerales arcillosos: conductividad media (alrededor de 0,0029 cal/(cm·s·°C)).
• Agua: baja conductividad térmica (alrededor de 0,0014 cal/(cm·s·°C)).
• Aire: muy baja conductividad térmica (alrededor de 0,00006 cal/(cm·s·°C)) — el aire es mal conductor del calor.

Parecería que la arena, compuesta de cuarzo, debería conducir bien el calor y transmitirlo rápidamente a profundidad. Sin embargo, en la arena seca, los contactos entre partículas son puntuales y el calor se transmite mal a través de los espacios de aire. Por lo tanto, la conductividad térmica de la arena seca no es alta. Al humedecerse, el agua llena los poros, aumentando el área de contacto, y la conductividad térmica de la arena aumenta.

En los suelos arcillosos, los contactos entre partículas están más desarrollados, pero la mayor parte de los poros están llenos de agua, que conduce el calor peor que los minerales. Por lo tanto, la conductividad térmica de la arcilla húmeda puede ser incluso menor que la de la arena húmeda (Scheffer, 2018).

Implicaciones prácticas para la agronomía

1. Fechas de siembra: En suelos arenosos se puede sembrar más temprano porque se calientan más rápido. En suelos arcillosos, la siembra se retrasa para evitar la pudrición de las semillas en el suelo frío y encharcado (Foth, 1990; Weil y Brady, 2017).

2. Heladas primaverales: En las noches primaverales despejadas, el suelo irradia calor intensamente y su temperatura puede bajar por debajo de cero. En los suelos arenosos secos, esto ocurre más rápido y las plantas pueden sufrir heladas. Los suelos arcillosos húmedos se enfrían más lentamente, ya que el agua libera el calor acumulado durante el día, protegiendo a las plantas (Marshall y otros, 1996).

3. Duración del período vegetativo: Cuanto más rápido se calienta el suelo, antes comienza el crecimiento activo de las plantas. Esto es especialmente importante en regiones con veranos cortos. Los suelos arenosos tienen una ventaja aquí. Sin embargo, en climas cálidos, un calentamiento rápido puede provocar sobrecalentamiento de las raíces, y entonces los suelos arcillosos, que se calientan más lentamente, resultan más favorables (Weil y Brady, 2017).

4. Efecto de la materia orgánica: La adición de enmiendas orgánicas (turba, estiércol, compost) aumenta la capacidad calorífica y reduce la conductividad térmica, haciendo que el suelo sea más "inerte" — se calienta y enfría más lentamente. Esto puede ser útil para protegerse contra cambios bruscos de temperatura (Foth, 1990).

Resumen de esta sección:

El régimen térmico del suelo, al igual que el hídrico y el de aire, está determinado por la textura a través de su influencia en la capacidad de retención de agua y la densidad de empaquetamiento de las partículas. Los suelos arenosos (poca agua, pocos contactos) se calientan y enfrían rápidamente ("calientes" o "fríos" según la temporada). Los suelos arcillosos (mucha agua, superficie desarrollada) se calientan y enfrían lentamente ("fríos" en primavera, pero más estables en verano). Los suelos francos ocupan una posición intermedia, lo que a menudo los convierte en los más favorables para la mayoría de los cultivos.

Ahora que hemos cubierto el agua, el aire y el calor, pasemos a otra propiedad crucial relacionada con el tamaño de las partículas: la capacidad de sorción del suelo. Esta es la siguiente sección.

7. Tamaño de partícula y sorción

Llegamos a otro aspecto fundamental que conecta directamente la física del suelo con su fertilidad: la sorción. Este término proviene del latín sorbere — "absorber". En edafología, la sorción se refiere a la capacidad de la fase sólida del suelo para absorber y retener en su superficie moléculas e iones de la solución del suelo y del aire del suelo (White, 2006; Weil y Brady, 2017).

Ya sabemos que las partículas de arcilla tienen una enorme superficie específica y, por tanto, una alta energía superficial. Estos dos factores hacen que los suelos arcillosos sean poderosos sorbentes naturales. La arena, con su superficie insignificante, carece prácticamente de esta capacidad.

¿Por qué es tan importante la sorción para las plantas?

La sorción es el mecanismo por el cual el suelo retiene:

1. Elementos nutritivos (cationes: K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, etc.) en forma disponible para las raíces, evitando su lavado con el agua (Foth, 1990).

2. Agua (moléculas de H₂O), creando una reserva de humedad que las plantas pueden utilizar en períodos secos (Marshall y otros, 1996).

3. Contaminantes (metales pesados, plaguicidas), limitando su propagación en el medio ambiente (Weil y Brady, 2017).

¿Cómo funciona la sorción a nivel físico?

Es importante distinguir dos mecanismos principales, que a menudo actúan conjuntamente:

1. Adsorción física (sorción física) — retención de moléculas o iones en la superficie de un sólido por fuerzas intermoleculares débiles (fuerzas de Van der Waals). Es un proceso reversible: las moléculas pueden adsorberse y desorberse fácilmente cuando cambian la temperatura o la concentración. La adsorción física es característica de la retención de agua, gases y moléculas orgánicas no polares (White, 2006).

2. Quimisorción (sorción química) — retención de iones por fuerzas electrostáticas más fuertes (atracción de cargas opuestas). Las partículas arcillosas suelen tener carga negativa en su superficie (debido a sustituciones isomórficas en la red cristalina). Por lo tanto, atraen y retienen iones con carga positiva — cationes (Foth, 1990). Este proceso se denomina intercambio catiónico y tiene gran importancia para la nutrición de las plantas.

Es importante entender: en el marco de esta conferencia no profundizaremos en los aspectos químicos del intercambio catiónico, ya que es tema de otro curso (Agroquímica). Sin embargo, debemos comprender claramente la causa física de este fenómeno: la enorme superficie de las partículas arcillosas crea una gran cantidad de centros activos capaces de retener iones.

¿Qué es la capacidad de intercambio catiónico?

La capacidad del suelo para retener cationes se denomina capacidad de intercambio catiónico (CIC) y se mide en miliequivalentes por 100 g de suelo (meq/100 g) o en cmol⁺/kg. Este indicador se correlaciona fuertemente con el contenido de partículas arcillosas y el tipo de minerales arcillosos (Foth, 1990; Weil y Brady, 2017).

Tabla 7.1 (datos compilados de Weil y Brady, 2017; White, 2006)

Como se ve en la tabla, al aumentar la superficie específica (y por tanto el contenido de arcilla), la CIC aumenta bruscamente. El suelo arcilloso puede retener decenas o cientos de veces más cationes nutritivos que el arenoso.

Implicaciones prácticas para la agronomía:

1. Fertilizantes: En suelos arenosos, los fertilizantes se lavan fácilmente, por lo que deben aplicarse con frecuencia pero en dosis pequeñas. En suelos arcillosos, los fertilizantes se retienen firmemente y se pueden aplicar con menos frecuencia pero en dosis más altas (Foth, 1990).

2. Capacidad amortiguadora: Los suelos arcillosos tienen alta capacidad amortiguadora: pueden resistir cambios bruscos de pH y concentración de sales. Esto significa que son menos sensibles a errores en la aplicación de fertilizantes o encalado. Los suelos arenosos, por el contrario, se "sobreacidifican" o "salinizan" fácilmente (Weil y Brady, 2017).

3. Fertilidad: Los suelos con alto contenido de arcilla suelen ser más fértiles porque retienen mejor los nutrientes. Sin embargo, esta ventaja puede verse anulada por malas propiedades hídricas y de aireación (encharcamiento, falta de oxígeno). Por ello, en la práctica, los suelos más valiosos son los francos, que combinan una buena capacidad de sorción con un régimen hídrico‑aéreo aceptable (Marshall y otros, 1996).

4. Capacidad de autodepuración: Los suelos arcillosos pueden retener y neutralizar muchos contaminantes (metales pesados, plaguicidas), lo que los convierte en un importante filtro natural. Los suelos arenosos, por el contrario, dejan pasar fácilmente los contaminantes hacia las aguas subterráneas (Weil y Brady, 2017).

Resumen de esta sección:

Hemos llegado a la conclusión lógica de nuestro análisis. El tamaño de las partículas determina la superficie específica. La superficie específica determina la capacidad de sorción del suelo. Cuanto mayor es la capacidad de sorción, mejor retiene el suelo los nutrientes, el agua y los contaminantes. Los suelos arenosos son pobres porque no pueden retener nutrientes ni agua. Los suelos arcillosos son ricos, pero a menudo sufren encharcamiento y mala aireación. Los suelos francos son el "punto medio dorado", que combina las ventajas de ambas fracciones.

Ahora que hemos analizado todos los aspectos físicos clave de la influencia de la textura en las propiedades del suelo, podemos pasar a una herramienta práctica que permite clasificar visualmente los suelos según esta característica: el triángulo textural. Esta es la sección final de nuestra conferencia.

8. El triángulo textural

Llegamos a la sección final de nuestra conferencia, donde conoceremos la herramienta principal para clasificar los suelos por su composición granulométrica: el triángulo textural (o triángulo de fertilidad). Este método gráfico, sencillo pero extremadamente eficaz, permite determinar visualmente a cuál de las doce clases texturales principales pertenece un suelo, con solo conocer tres números: el porcentaje de arena, limo y arcilla (Foth, 1990; Weil y Brady, 2017).

¿Cómo se lee el triángulo textural?

El triángulo textural es un triángulo equilátero, cada lado del cual está dividido en 100 divisiones (porcentajes). Los vértices del triángulo corresponden al 100% de una de las tres fracciones:

• Vértice izquierdo (0% arena, 0% limo, 100% arcilla) — punto de material arcilloso puro.
• Vértice inferior derecho (100% arena, 0% limo, 0% arcilla) — punto de arena pura.
• Vértice superior (0% arena, 100% limo, 0% arcilla) — punto de limo puro.

En el interior del triángulo hay líneas que lo dividen en campos correspondientes a las diferentes clases texturales (por ejemplo, "arena", "franco arenoso", "franco", "arcilla", etc.). Cada campo tiene sus propios límites en cuanto a contenido de arena, limo y arcilla.

Para determinar la clase textural de un suelo, se requieren tres pasos sencillos:

1. Determine el porcentaje de arena, limo y arcilla. Estos datos se obtienen mediante análisis de laboratorio o determinación de campo "al tacto" (con calibración posterior).

2. Encuentre en el lado izquierdo del triángulo el valor correspondiente al contenido de arcilla (en porcentaje). Trace una línea desde ese punto paralela a la base del triángulo (es decir, hacia la derecha y ligeramente hacia arriba, hacia el vértice "Limo").

3. Encuentre en la base del triángulo (lado inferior) el valor correspondiente al contenido de arena (en porcentaje). Trace una línea desde ese punto paralela al lado derecho del triángulo (es decir, hacia arriba y ligeramente hacia la izquierda, hacia el vértice "Arcilla").

El punto de intersección de estas dos líneas es la posición de su suelo en el triángulo. La clase textural en la que cae ese punto es la respuesta.

Ejemplo:

Supongamos que el análisis da: 60% arena, 20% limo y 20% arcilla.

• En la escala de arcilla (lado izquierdo), busque 20%. Trace una línea paralela a la base.
• En la escala de arena (lado inferior), busque 60%. Trace una línea paralela al lado derecho.
• El punto de intersección se encuentra dentro del campo "franco arenoso". Por tanto, nuestro suelo es franco arenoso (Foth, 1990).

Importante: La suma de los porcentajes de arena, limo y arcilla siempre debe ser 100%. Por lo tanto, si conoce dos valores, el tercero se calcula automáticamente. Esto simplifica el procedimiento: solo necesita trazar dos líneas (para arcilla y para arena), y la intersección da el punto buscado.

Principales clases texturales (según clasificación USDA):

El triángulo USDA distingue 12 clases principales (Foth, 1990; Weil y Brady, 2017):

1. Arena (Sand)

2. Franco arenoso (Loamy Sand)

3. Franco arenoso (Sandy Loam) — en español se usa a menudo "franco arenoso" para ambos, pero la USDA distingue; aquí mantenemos la nomenclatura.

4. Franco (Loam)

5. Franco limoso (Silt Loam)

6. Limo (Silt)

7. Franco arcillo‑arenoso (Sandy Clay Loam)

8. Franco arcilloso (Clay Loam)

9. Franco arcillo‑limoso (Silty Clay Loam)

10. Arcilla arenosa (Sandy Clay)

11. Arcilla limosa (Silty Clay)

12. Arcilla (Clay)

Cada una de estas clases posee un conjunto determinado de propiedades físicas (permeabilidad, capacidad de retención de agua, aireación, capacidad calorífica, capacidad de sorción), que hemos analizado en detalle en las secciones anteriores.

¿Por qué es importante saber leer el triángulo?

1. Clasificación práctica: El triángulo permite clasificar rápida e inequívocamente cualquier suelo por su composición granulométrica. Esto facilita el intercambio de información entre agrónomos, edafólogos, agricultores y otros especialistas.

2. Predicción de propiedades: Conociendo la clase textural, se pueden predecir muchas propiedades físicas y químicas del suelo (régimen hídrico, régimen de aire, régimen térmico, fertilidad, susceptibilidad a la erosión, etc.). Esto ayuda a tomar decisiones agronómicas correctas (selección de cultivos, sistemas de labranza, riego, fertilización).

3. Base para investigaciones posteriores: El triángulo textural sirve como punto de partida para un estudio más detallado del suelo. Indica qué propiedades requieren mayor atención y qué métodos de investigación son más adecuados para ese tipo de suelo.

Conclusión de la conferencia

Estimados oyentes. Hoy hemos realizado un viaje por el mundo de la composición granulométrica del suelo. Hemos descubierto que no es solo un conjunto de números, sino una característica fundamental que determina casi todas las propiedades físicas y muchas químicas del suelo. Hemos analizado por qué el tamaño de las partículas es tan decisivo y cómo afecta a la interacción del suelo con el agua, el aire, el calor y las sustancias disueltas. Hemos aprendido a utilizar el triángulo textural, la herramienta clave para la clasificación de suelos.

La conclusión principal que debe extraer de esta conferencia es:

El tamaño de las partículas del suelo no es un "detalle" menor. Es la "arquitectura" del suelo que establece sus propiedades fundamentales. Conociendo esa arquitectura, podemos predecir y gestionar el comportamiento del suelo, creando condiciones óptimas para el crecimiento de las plantas.

Referencias

1. Eash, N.S., Sauer, T.J., O'Dell, D., Odoi, E. (2016). ‘Soil Physical Properties’, in Soil Science Simplified. New Jersey: Wiley Blackwell, ch. 3.
2. Foth, H.D. (1990). ‘Appendix’, in Fundamentals of Soil Science. New York: John Wiley & Sons, pp. 337-341.
3. Foth, H.D. (1990). ‘Soil Physical Properties’, in Fundamentals of Soil Science. New York: John Wiley & Sons, pp. 22-41.
4. Marshall, T.J., Holmes, J.W., Rose, C.W. (1996). ‘Composition of soil’, in Soil Physics. Cambridge, UK: Cambridge, University Press, pp. 1-28.
5. Or, D., Wraith, J.M., Robinson, D.A., Jones, S.B. (2012). ‘Soil Water Content and Water Potential Relationships’, in Huang, P.Ming., Li, Y., Sumner, M.E. (ed.) Handbook of Soil Sciences Properties and Processes. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 4-1:4-28.
6. Scheffer, F., Schachtschabel, P. (2018). ‘Anorganische Komponenten der Böden – Minerale und Gesteine’, in Amelung, W., Blume, H., Fleige, H., Horn, R., Kandeler, E., Kögel-Knabner, I., Kretzschmar, R., Stahr, K., Wilke, B. (ed.) Scheffer Schachtschabel Lehrbuch der Bodenkunde. Deutschland: Springer-Verlag, pp. 11-62.
7. Scheffer, F., Schachtschabel, P. (2018). ‘Physikalische Eigenschaften und Prozesse’, in Amelung, W., Blume, H., Fleige, H., Horn, R., Kandeler, E., Kögel-Knabner, I., Kretzschmar, R., Stahr, K., Wilke, B. (ed.) Scheffer Schachtschabel Lehrbuch der Bodenkunde. Deutschland: Springer-Verlag, pp. 213-340.
8. Shukla, M.K. (2023). ‘Characteristics of Soils of the Vadose Zone’, in Soil Physics. An Introduction. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 23-54.
9. Skopp, J.M. (2012). ‘Physical Properties of Primary Particles’, in Huang, P.Ming., Li, Y., Sumner, M.E. (ed.) Handbook of Soil Sciences Properties and Processes. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 1-1:1-10.
10. Weil, R.R., Brady, N.C. (2017). ‘Soil Architecture and Physical Properties’, in The Nature and Properties of Soils. Essex, UK: Pearson Education, pp. 148-205.
11. White, R.E. (2006). ‘The Mineral Component of the Soil’, in Principles and Practice of Soil Science. The Soil as a Natural Resource. Malden, MA: Blackwell Publishing, pp. 11-33.
12. Муха, В.Д., Картамышев, Н.И., Муха, Д.В. (2003). ‘Минеральная часть твердой фазы почвы [Mineral Component of the Soil Solid Phase]’, in Агропочвоведение [Agropedology]. Москва: КолосС, pp. 40-58.
13. Муха, В.Д., Картамышев, Н.И., Муха, Д.В. (2003). ‘Почва как многофазная полидисперсная система [Soil as a Multiphase Polydisperse System]’, in Агропочвоведение [Agropedology]. Москва: КолосС, pp. 29-40.