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Ciencia del suelo

On-line version ISSN 1850-2067

Cienc. suelo vol.30 no.1 Ciudad Autónoma de Buenos Aires July 2012

 

TRABAJOS

Actualización de los límites críticos del intervalo hídrico óptimo

Review of the critical limits of the optimal hydric interval

 

Miguel Angel PIlatti1; Jorge De Orellana2; Silva Del Carmen Imhoff3 y Álvaro Pires Da Silva4

Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional del Litoral. Kreder 2805, (3080) Esperanza (Santa Fe), Argentina. mpilatti@fca.unl.edu.ar

1 Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional del Litoral (UNL)
2 Profesor emérito UNL. jade_ore@arnet.com.ar
3 UNL, CONICET. simhoff@fcaunl.edu.ar
4 ESALQ/Universidad de San Pablo (Brasil). apsilva@esalq.usp.br

Recibido: 03-01-12
Recibido con revisiones: 05-05-12
Aceptado: 05-06-12


RESUMEN

El Intervalo Hídrico Óptimo (IHO) es la fracción de agua edáfica fácilmente utilizable por los cultivos, durante la cual el suelo puede ser penetrado por las raíces sin mayor resistencia y la aeración no limita la respiración radical. En este trabajo se discuten los límites superior e inferior del IHO. El primero es èCC -agua retenida en capacidad de campo- si garantiza una aceptable capacidad de aire (èa); de lo contrario, el límite se alcanza cuando èa no restringe la respiración radical. El límite inferior queda determinado por la variable de mayor valor entre èRP (contenido hídrico edáfico por debajo del cual las raíces restringen su crecimiento), y èFU (agua fácilmente utilizable por debajo del cual comienza el estrés hídrico). Se analiza y discute la validez de los límites, y las dificultades metodológicas que implican sus determinaciones. Se comparan valores del IHO obtenidos por otros autores, que utilizaron diferentes límites, con los calculados con los límites críticos aquí propuestos. Cada situación agronómica (combinación de suelos, clima, cultivo) requiere valores particulares de IHO que deberán ser determinados para cada región. Para el norte de la Región Pampeana (Argentina) y sus cultivos habituales proponemos los siguientes valores críticos: èCC = contenido hídrico a -10 kPa; èa = 15%; èRP = 2,5 a 6 MPa (según el porcentaje de arcilla) y èFU = -0,17 MPa.

Palabras clave: IHO; NLWR; LLWR; Agua fácilmente utilizable; Indicador de calidad física del suelo.

ABSTRACT

The Optimal Hydric Interval (IHO) is the interval of easily available soil water for the crops, during which soil resistance and aeration do not limit root growth. In this paper, the upper and lower limits of the IHO are discussed. The upper limit is èCC (soil water content at field capacity) when air capacity (èa) is not restrictive for root respiration; otherwise, the limit is èa. The lower limit is determined by the variable of greater value between èRP (soil water content at which soil resistance reduces root elongation) and èFU (soil water easily available by crops below which water stress begins). The validity of the limits is analyzed, and methodological problems for their determination are discussed. Values of the IHO obtained by other authors with different critical limits are compared with those obtained using the values proposed in this study. Each agronomic situation (soil, climate, crops) requires specific values of the IHO that should be calculated for each region. For the northern Pampean Region (Argentina) and the usual crops, the following critical values are proposed: èCC = soil water content at -10 kPa, èa = 15%; èRP = 2,5 to 6 MPa (according to the clay content) and èFU = -0,17 MPa.

Key word: IHO; NLWR; LLWR; Easy available water; Soil physical quality indicator.


Lista de símbolos especiales
è a Contenido hídrico por debajo del cual la aireación no es limitante.
èCC Agua retenida en el suelo cuando éste se encuentra en Capacidad de Campo (CC)
èFU Contenido mínimo de agua fácilmente utilizable, por debajo del cual comienza el estrés hídrico.
èRP: Contenido hídrico-edáfico por debajo del cual las raíces ya no pueden horadar el suelo.
ès: Contenido hídrico del suelo en estado saturado.
CC: Contenido hídrico de un suelo al equilibrarse por drenaje después de haber sido saturado.
IHO: Intervalo hídrico en el suelo dentro del cual las raíces respiran, absorben agua y se expanden sin restricciones que afecten su crecimiento.
PMP:
Contenido hídrico del suelo a partir del cual las plantas ya no pueden extraer agua y se marchitan definitivamente.
RP:
Resistencia que ofrece el suelo a la penetración radical medida en MPa

INTRODUCCIÓN

Antecedentes del IHO: agua útil y Non Limiting Water Range (NLWR)

Veihmeyer (1927) propuso el concepto de «agua útil», definiéndolo como «la máxima cantidad de agua que retiene un suelo entre «capacidad de campo» (CC) [Israelson & West, 1922] y «punto de marchitez permanente» (PMP) [Briggs & Shantz, 1912]. «Este concepto de agua útil sólo mostró su utilidad práctica en condiciones muy limitadas» (Hagan et al., 1959); por eso se estableció una controversia, fundada experimentalmente, que afirmaba o negaba la existencia -entre ambos contenidos hídricos- de una creciente retención hídrica a medida que se consumía el agua comenzando a afectarse el crecimiento del cultivo antes de alcanzar el PMP (agua retenida a -1500kPa).
Con criterio superador, Letey (1985) propuso conceptual y cualitativamente la creación de una variable integradora que reflejara la influencia del agua edáfica y otras propiedades físicas sobre el crecimiento de los cultivos; la llamó NLWR (Non Limiting Water Range). Letey (1985) -al igual que Veihmeyer (1927)- limitó el agua disponible entre CC y PMP o el menor potencial hídrico que no reduzca el crecimiento del cultivo, aceptando así que el agua puede limitar a potenciales distintos al del PMP. Agregó, y es su mayor aporte, que esa disponibilidad puede verse reducida si la resistencia mecánica y/o la aireación afectan significativamente el crecimiento vegetal.
Como Letey no cuantificó al NLWR, Pilatti & Orellana (1993) presentaron la idea del IHO (Intervalo Hídrico Óptimo) y el modo de calcularlo, definiéndolo como «el contenido hídrico del suelo tal que las raíces de las plantas superiores puedan respirar, absorber agua y expandirse sin restricciones que afecten su crecimiento». Para ellos fue muy importante el aporte de Norero (1969) quien había establecido el Límite Inferior del Agua Fácilmente Utilizable (LIAFU) y la forma de estimarlo. Así concretaron la propuesta de Letey, pero adoptando el LIAFU en vez de PMP.
Simultánea e independientemente, Topp et al. (1994) propusieron cómo evaluar el NLWR y Silva et al. (1994) también desarrollaron la propuesta de Letey como «Least Limiting Water Range» (LLWR) cuantificando los efectos de resistencia mecánica y aireación. Ambos grupos de investigadores coinciden en los límites críticos manteniendo al PMP como límite inferior de disponibilidad de agua. Luego, Tormena et al., (1999) sugirieron que la denominación «Intervalo Hídrico Óptimo» (IHO) expresa mejor el concepto, tanto en idioma portugués como en castellano.
Aunque IHO y LLWR apuntan a un objetivo común, difieren en sus límites superior (el más húmedo) e inferior (el más seco) y con ello en su valoración final (Tabla 1). Pero, pese a diferir en el cálculo, ambos poseen la misma intención conceptual, de modo que autores de la Argentina, Australia, Brasil, Canadá, EE.UU., Indonesia y Nueva Zelanda usan IHO o LLWR..

Tabla 1. Límites críticos y contenidos hídricos de referencia para determinar el intervalo hídrico óptimo (IHO, LLWR o NLWR) según distintos autores.
Table 1. Critical limits and reference water contents for determining the optimal hydric interval (IHO, LLWR o NLWR) according to several authors.

El IHO en la Argentina

En la Argentina, el IHO sólo era utilizado por Pilatti & Orellana en Santa Fe, hasta que Wilson & Cerana (2004) lo aplicaron a suelos vérticos de Entre Ríos, Imhoff et al. (2006) a Argiudoles santafesinos, Uberto (2008) a suelos de Córdoba y Damiano & Moschini (2011) lo calculan para un Argiudol de la cuenca del río Carcaraña de Santa Fe lo que evidencia un creciente interés en el país.
Cabe advertir que la función del IHO no es sólo la de indicador de calidad física de un suelo, sino que sus límites pueden usarse en ensayos para: 1) controlar el riego de modo que el agua edáfica permanezca dentro de sus límites y el cultivo no sufra estrés hídrico, o 2) para monitorear el perfil hídrico de suelos cultivados y forestados y cuantificar cuándo y durante cuántos días el cultivo o la planta sufre estrés (Silva & Kay, 1996; Damiano & Moschini, 2011; respectivamente). En estos últimos casos la definición de los límites cobra especial relevancia, ya que si no son correctos el cultivo o plantación forestal cae en estrés o es mal juzgada su situación hídrica.
Sin embargo, no todos usan los mismos límites críticos para calcular el IHO, siendo imposible o al menos difícil cotejar resultados de distintas investigaciones. La aplicación del IHO plantea la necesidad de rever sus límites críticos para poder comparar resultados de distintos autores; prueba esa necesidad el trabajo de Mohammadi et al. (2010) que proponen redefinir el límite superior.
En el presente trabajo se presenta un análisis crítico de los límites del IHO y se proponen mejoras para: (1) precisar mejor los límites de acuerdo con los avances que se han hecho en la comprensión de los fenómenos. (2) estandarizar los límites y (3) proponer criterios para que cada uno pueda adaptarlo a una condición particular que le interese (flexibilidad).

REVISIÓN DE LOS LÍMITES DEL IHO

Las magnitudes que definen los límites del IHO son:
èCC: Agua retenida en el suelo cuando éste se encuentra en CC;
èa: Contenido hídrico en el cual la aireación no es limitante.
èRP: Contenido hídrico por debajo del cual las raíces ya no pueden horadar el suelo.
èFU: Contenido mínimo de agua fácilmente utilizable, por debajo del cual comienza el estrés hídrico y, al no poder mantener la tasa de evapotranspiración potencial porque la absorción no es suficiente, las plantas comienzan a cerrar sus estomas.

Entonces, IHO es el volumen de agua edáfica retenida entre èCC o èa (el de menor valor) y èRP o èFU (el de mayor valor) y caracteriza a la fracción de la trama porosa más útil para los cultivos.
Simbólicamente:

IHO = Mín (èCC; qa)- Máx (èRP;;èFU)
según Pilatti & Orellana (1993)

o bien

IHO = Mín (èCC; èa) - Máx (èRP;;èPMP)
según Silva et al. (1994)

Ejemplo: Si èCC = 0,42 cm 3 /cm3; èa = 0,38 cm3/cm3; èRP = 0,12 y èFU = 0,22 cm3/cm3, IHO = 0,16 cm3/cm3.

El IHO varía entre horizontes de un mismo suelo y - en cada horizonte- si cambia la trama porosa, la consistencia o la textura.

1. Límite inferior del IHO

Se propone que dependa de dos variables limitantes:

a) Disponibilidad de agua fácilmente utilizable y b) Resistencia mecánica a la penetración radical.

a) Limitación por disponibilidad de agua fácilmente utilizable (èFU)

Cerana (1957) distinguió dos grupos de autores que disentían en cuanto a la disponibilidad de agua entre CC y PMP: unos concluían experimentalmente que el crecimiento de las plantas, el desarrollo radical, la transpiración o la germinación de las semillas no son afectados por la disminución del contenido hídrico del suelo antes de alcanzar el PMP; otros hallaban que la tasa de crecimiento, el desarrollo, la transpiración de las plantas o el tamaño de los frutos eran afectados desfavorablemente al disminuir el contenido hídrico, aún dentro del intervalo CC-PMP, existiendo un punto crítico a partir del cual las plantas reducen su crecimiento. Esa disparidad de criterios aún subsiste y muchos autores consideran «agua útil» a todo el intervalo CC-PMP.
La Figura 1 muestra curvas experimentales obtenidas en variadas condiciones de cultivos, demanda atmosférica y textura edáfica, con muy diferentes respuestas. Deanmed & Shaw (1962) fueron los primeros en advertir lo variable y complejo de la disponibilidad de agua para las plantas, destacando el carácter dinámico de la extracción de agua del suelo por los cultivos, en claro contraste con la idea de una utilización estática durante todo el intervalo CC-PMP (Cowan, 1965; Gardner & Ehlig, 1963). Pero fue Norero (1969, 1980) quien logró cuantificar el punto crítico en que el agua deja de estar fácilmente disponible: lo llamó Límite Inferior del Agua Fácilmente Utilizable (LIAFU), que cambia para cada cultivo, suelo y situación climática, y estableció un protocolo de cálculo utilizando información meteorológica, datos edáficos y rasgos específicos del cultivo en cuestión, mostrando cómo cuantificarlo.


Figura 1. Modelos empíricos propuestos para describir la relación entre la evapotranpiración relativa (ET/ETx) de las plantas y la humedad del suelo. (A) Veihmeyer & Hendrickson (1955), (B) Penman (1949), (C) Thornthwaite & Mathers (1955), (D) Havens (1956), (E) Pierce (1958), (F) Bahrani & Taylor (1961). PMP, punto de marchitez permanente.
Figure 1. Empirical models proposed for describing the relationship between relative evapotranspiration (ET/ETx) in plants and soil moisture. A) Veihmeyer & Hendrickson (1955), (B) Penman (1949), (C) Thornthwaite & Mathers (1955), (D) Havens (1956), (E) Pierce (1958), (F) Bahrani& Taylor (1961). PMP, wilting point.

Se propone entonces que, para delimitar el IHO, se diferencie agua fácilmente utilizable de agua aprovechable. Se llamará «aprovechable» al total de agua retenida entre los límites de CC y PMP. El calificativo «fácilmente utilizable» se refiere sólo al agua que pueden utilizar las plantas (entre CC y LIAFU) sin limitar la evapotranspiración. Varios autores han utilizado el PMP para cuantificar este límite (curva A en Figura 1; Silva et al., 1994; Tormena et al., 1999; Imhoff et al., 2006), debido a que èPMP (agua retenida a -1,5 MPa) es un dato de laboratorio de rutina, aunque el valor de PMP dista mucho del LIAFU. Si bien PMP es fácil de estimar, calculándolo a partir del tenor de arcilla (Pilatti, 1989), no advierte sobre la etapa previa, de disminución gradual del crecimiento vegetal, la cual queda identificada a partir del LIAFU.
En la práctica de riego se considera agua aprovechable a toda la retenida entre CC y PMP. Pero, reconociendo que no toda es fácilmente utilizable, como solución práctica adoptan un 50 o 66% del total aprovechable en la zona de enraizamiento como de uso irrestricto (o fácilmente utilizable).
Por lo tanto, determinar el LIAFU es de gran importancia, ya que por debajo de ese límite el cultivo cae en estrés hídrico: primero incipiente y luego más grave, con el ulterior cierre parcial de estomas y disminución del ingreso de gas carbónico para la fotosíntesis. A partir del LIAFU comienza a reducirse el crecimiento de los cultivos por déficit hídrico.
Norero (1969, 1980) dedujo la ecuación [1] para conocer hasta qué potencial hídrico edáfico el agua es utilizada sin restricción por el cultivo, ømax,

ømax depende del potencial hídrico foliar al cual los estomas comienzan a cerrarse, øh. El valor de ese potencial fluctúa entre -0,3 y -2 MPa, según la especie vegetal (Brix, 1962; Gardner & Ehlig, 1963; Méríaux, 1964; Millar et al., 1970).
ømax, también depende de las condiciones meteorológicas, manifestadas en Tmax y la evapotranspiración máxima (mm/día). A es un parámetro relacionado con la geometría del flujo del suelo a las raíces y su determinación experimental ha indicado valores alrededor de 4,21 cm3 día-1; el valor de I, un factor de resistencia al flujo de agua a través de la planta, fluctúa entre 0,05 y 0,11 MPa.dia·mm-1 (Gardner, 1966; Endrodi & Rijtema, 1969); L es la densidad radical, (cm cm-3), la mayoría de las veces se encuentra entre 0,5 y 5 cm/cm-3. D (zona de enraizamiento) abarca desde menos de 30 cm hasta 180 cm, o más, según los cultivos, aunque la mayor parte de las raíces de muchas plantas se localiza entre 40 y 90 cm; el valor de n (coeficiente relacionado con la conductividad hidráulica del suelo) oscila entre 1,5 y 2 en suelos arcillosos, 3 en suelos francos y 4 o más en los de textura gruesa (Gardner, 1958).
En la Tabla 2 se muestra la variación de ømax para distintas condiciones de clima, cultivo y suelo. Se ha considerado: 1) tres demandas de agua atmosférica desde bajas hasta elevadas: 3,5 y 7 mm d-1, 2) dos texturas de suelos contrastantes: arenosa y arcillosa: «n» igual a 4 y 1,5; y 3) tres cultivos contrastantes: (i) «poco resistente al estrés hídrico» con enraizamiento de 40 cm, densidad de raíces de 0,5 cm cm-3, y potencial hídrico al que comienza a cerrarse los estomas igual a - 0,6 MPa; (ii) «resistencia normal al estrés hídrico» con una profundidad de enraizamiento de100 cm, una densidad de raíces de1,5 cm cm-3), y un øh de -1 MPa; (iii) «resistente al estrés hídrico» con enraizamiento profundo (180 cm), alta densidad de raíces ( 3 cm cm-3) y øh de -1,5 MPa. Se observa que la variación es muy amplia, desde valores inferiores a -0,01 MPa hasta superiores a -1 MPa. Esto le da una gran versatilidad a este límite del IHO pudiendo adaptarse a las condiciones específicas que sean de interés en un uso determinado.

Tabla 2. Variación del potencial hídrico edáfico (ymax , MPa) a partir del cual comienzan a cerrarse los estomas y el agua deja de estar fácilmente utilizable, según condiciones de cultivo, suelo y clima (detalles en el texto).
Table 2. Variation in soil water potential (ymax, MPa) from which stomata close and water becomes less easily available depending on crop, soil and climate (see text for details).

 

Si el interés fuera estandarizar el cálculo del LIAFU se propone considerar como referencia: 1 un cultivo de maíz con profundidad de raíces de 150 cm, una densidad de raíces de 1 cm cm-3, un potencial foliar de -1 MPa al inicio del cierre de estomas, un valor de A de 4,21 cm3 día-1 e I de 0,11 MPa.dia·mm-1; (2) un suelo franco, con n = 3; y (3) una demanda atmosférica de 7 mm d-1. Aplicando la ecuación [1] para esas condiciones, el ømax es igual a -0,17 MPa. Es decir que cuando la tensión hídrica en el suelo llega a 0,17 MPa el agua deja de estar fácilmente utilizable. Se propone usar dicho valor como estándar en el cálculo del IHO. Con él, y utilizando la curva de retención hídrica (Tabla 1), puede calcularse èFU, que es el agua retenida en el LIAFU.

b) Limitación por resistencia mecánica (èRP)

Las raíces se expanden a través de huecos preexistentes y horadando la matriz del suelo. Para que la primera alternativa sea factible, el diámetro de los poros o fisuras debe ser mayor que el de la cofia o piloriza (por lo general superior a 100 µm) y la conectividad entre esos huecos debe carecer de angostamientos que impidan su elongación. Esta vía de penetración aún no ha sido incorporada para definir el IHO.
La ocupación del suelo depende principalmente de la impedancia mecánica que éste opone, comparada con la que la raíz puede superar. Esto ya es contemplado en el IHO, aunque debe revisarse si, para estandarizar, se acepta que la resistencia mecánica (RPcrit) es crítica cuando la elongación radical: 1) se detiene, 2) comienza a reducirse o 3) hay algún requisito intermedio; e.g. cuando la elongación es inferior al 50 %. En su mayoría los autores optaron por la alternativa (1).
Silva & Kay (1996) optaron por un valor crítico de 2 MPa en el suelo, teniendo en cuenta las experiencias de Taylor et al. (1966), resistencia a partir de la cual se reduce notablemente la elongación radical y también afecta el crecimiento de la parte aérea según Weaich et al. (1992) y Tardieu (1994); Cass et al., (1994) adoptan un valor cercano de 2,5 MPa.
Pilatti & Orellana (1993) usan una impedancia mayor, dado que el penetrómetro debe ejercer presiones 2 a 8 veces mayores que las raíces para horadar el suelo (Stolzi & Barley, 1968; Eavis et al., 1969; Taylor & Ratcliff, 1969; Dexter, 1978; Whiteley et al., 1981; Bengough, 1991), siendo más frecuente entre 3 y 4 veces. Como las raíces realizan presiones máximas de 0,9 a 1,5 MPa (Eavis et al., 1969; Stolzy & Barley, 1968; Taylor & Ratcliff, 1969) los autores adoptan un RP crítico de 1,5 MPa; y, al medir el penetrómetro (término medio) 4 veces más que lo que realizan las raíces, aplican un valor crítico de 6 MPa.
Atento a la gran diferencia entre los límites usados (van desde 2 hasta 6 MPa) se revisó nuevamente la información disponible, hallándose que la relación entre la presión efectuada por las raíces y lo medido con penetrómetros depende del contenido de arcilla, según se infiere de los datos aportados por Gerard et al. (1982, citado por Glinski & Lipiec, 1990) [Tabla 3] y se ajusta a la siguiente ecuación:

RP crítico = 24x Arc-0,6

donde, RP crítico es la resistencia mecánica, medida con penetrómetro, a partir de la cual las raíces no elongan (MPa) y Arc es el porcentaje de arcilla.
Nótese que si se divide RP crítico por la presión máxima que pueden realizar las raíces (valor adoptado: 0,9 MPa) se obtiene el número de veces que el penetrómetro mide de más con respecto a lo que efectivamente hace la raíz (ô, Tabla 3).

Tabla 3. Relación entre el contenido de arcilla (%), la resistencia crítica para la penetración radical medida con penetrómetro (RPcrit en MPa) y número de veces (ô) que el penetrómetro mide más de lo que hace la raíz. Fuente: Glinski & Lipiec, 1990.
Table 3. Relationship between clay content in soil (%), critical resistance to root penetration measured with a penetrometer (RPcrit en MPa) and number of times that penetrometry measurements are greater than root (ô). Source: Glinski & Lipiec, 1990.

También Sene et al. (1985) consideran valor crítico para la penetración entre 6 y 7 MPa para texturas arenosas y 2,5 MPa para arcillosa lo que coincide estrechamente con lo presentado en la Tabla 3 Por lo tanto RP crítico no es un valor constante (ver Tabla 3) varía entre 2,4 y 7,2 MPa para texturas arcillosas y arenosas, respectivamente.

2. Límite superior del IHO

Hasta el presente el límite más húmedo del IHO se determina por elección entre ècc y el contenido hídrico que asegura un 10% de espacio aéreo: èa =ès-0,1, donde èS es el contenido hídrico en saturación.

a) Capacidad de campo (ècc)

Si se define a ècc como el mayor contenido hídrico que permanece en el suelo suficiente tiempo como para ser utilizado por el cultivo -es decir, el límite superior de agua fácilmente disponible-, el agua contenida entre ès y ècc no está disponible para la raíces si el drenaje por gravedad no está impedido. Colman (1947) la midió en laboratorio para 120 suelos de California (EE.UU.) y propuso un valor de -33 kPa. Este valor apareció luego en varios libros de texto y fue adoptado por el Soil Taxonomy. Miller & Klute (1967) sugirieron considerar como ècc al estado hídrico a partir del cual la tasa de drenaje es muy lenta, reconociendo que es una propiedad dinámica del agua edáfica y que el avenamiento interno (drenaje) no cesa bruscamente. Lo cierto es que aún no hay consenso de cuán lento debe ser el movimiento. Lejos de ser una característica intrínseca del suelo, ècc es una propiedad dinámica (Reichardt, 1988; Nachabe, 1998) y adoptar un valor de agua retenida a -10, -33 o -60 kPa es arbitrario. A fin de normalizar una tensión para ècc y como aún no hay una solución generalizada, se propone mantener el límite de -10 kPa (Silva et al., 1994).

b) Contenido hídrico con 10% de porosidad aérea (èa)

Tradicionalmente se adoptó, como mínimo estado de aireación del suelo, una porosidad aérea de 0,1 cm3 cm-3; esto fue propuesto en 1957 por Wesseling & van Wijk (1983) tras revisar numerosas experiencias -entre 1920 y 1950- que sugerían que la difusión prácticamente cesa cuando sólo el 10% de poros está lleno de aire. Nótese que no se referían a respuesta de las raíces, sino a la difusión del oxígeno dentro del suelo. Topp et al. (1994) informan que los cultivos muestran limitaciones por deficiente aireación a ese valor en suelos arcillosos y también en francos.
Jones et al. (1991) reunieron evidencias de diversas fuentes que estudiaron directamente el crecimiento radical de varios cultivos en texturas desde arenosas hasta arcillosas (Fig. 2). Se denomina aireación relativa a la relación entre el volumen de poros con aire respecto de la porosidad total. Se observa que cuando la aireación relativa es < 38% el crecimiento relativo de las raíces disminuye a valores inferiores al 80%, nótese que algunos casos son aún más exigentes comenzando a disminuir aún en condiciones de mayor aireación. Aceptando que las raíces comienzan a verse afectadas a partir del 38% de aireación relativa; un suelo arenoso cuya porosidad total sea del 40% la porosidad de aireación para que no haya limitaciones debería ser de 15%; en uno arcilloso con porosidad total de 50% ése límite asciende hasta 19%. Imhoff et al. (2010) encontraron que valores de 15-20% aireación permitieron alcanzar las máximas tasas de crecimiento de tallos y hojas para el cultivo de maíz. Reynolds et al. (2009), experimentalmente, hallaron satisfactorio un 15 % para este límite. Por lo tanto, el límite superior del IHO debería incrementarse -al menos- del 10 al 15% para la mayoría de los cultivos, 20% para cultivos sensibles y/o altas demandas respiratorias.


Figura 2 . Crecimiento relativo de raíces de varios cultivos, sobre suelos con texturas contrastantes, respecto de la aireación relativa del suelo (poros con aire/porosidad total). Elaborado a partir de la Figura 6-1 de Jones et al. (1991).
Figure 2. Relative root growth of various crops on soils with contrasting textures as a function of the relative soil aireation (air pores/total porosity). Elaborated from Figure 6-1 in Jones et al. (1991).

Sin embargo cabe reconocer que tal límite no es una característica intrínseca del suelo e invariable, cambia en función de: 1) la demanda de O2 por las raíces y la biota edáfica, dependientes a su vez de la temperatura y la masa radical; 2) de la profundidad a la cual se estudia el intercambio gaseoso y 3) de la trama porosa interconectada, libre de agua. Mohammadi et al. (2010) indican cómo realizar la estimación de ese límite tomando en cuenta todos esos factores. Descartan decididamente el 10% indicando que, bajo ciertas condiciones hasta el 15% puede ser limitante; al igual que Bartholomeus et al. (2008). Nótese que al calcular así este límite del IHO se incorpora otro factor físico del suelo que hasta ahora no se había tenido en cuenta: la temperatura; ella controla la intensidad de la respiración de la biota edáfica y con ello la demanda de oxígeno.

Comparación del IHO con diferentes limites
Se comparan los límites aquí propuestos y los usados por Silva et al. (1994) [Tabla 1].
A priori, en la nueva propuesta el límite más húmedo del IHO es igual si está definido por CC, o más exigente si está determinado por la aireación, ya que requiere un 15% de aireación vs. 10%. Por su parte el límite más seco es variable ya que si está determinado por la retención hídrica, al pasar de -1,5 MPa (PMP) a -0,17 MPa el «piso» del IHO aumenta siendo más exigente. Pero si el que lo limita es el contenido hídrico definido por la resistencia mecánica aquí la situación es inversa ya que el «piso» desciende porque RP pasa de 2 MPa a una resistencia mayor -variable según el % de arcilla- entre 2,5 y 6 MPa.
Por lo tanto el límite superior e inferior variará según quién lo defina.
Para apreciar esas diferencias se analizaron ambos métodos tomando suelos de textura franco arenosas hasta arcillo limosas; y horizontes A con grados de deterioro físico contrastantes: uno corresponde a un Argiudol natural representativo del centro de Santa Fe (Argentina), sin laboreo y el otro al mismo suelo con más de 50 años de labranza no conservacionista (Tabla 4).

Tabla 4. Principales propiedades de los suelos estudiados y comparación del intervalo hídrico óptimo (IHO) y sus límites críticos según lo propuesto por Silva et al. (1994) y en este trabajo, para diferentes texturas e intensidad de uso del suelo. (IHO y è en cm3 cm-3).
Table 4: Main properties of studied soils and comparison of optimal hydric interval (IHO) and critical limits between Silva et al. (1994) and the present study for soils with different textures and use intensities (IHO and è in m3 cm-3).

 

En la Figura 3 se presentan los resultados de los dos métodos evaluados. Comparativamente donde el IHO es mayor que cero, los nuevos límites dan un IHO mayor a pesar de que èFU es más exigente que è PMP y que el requisito de aireación también lo es. Queda en evidencia así la importancia de la definición de èRP; menos exigente que la utilizada por Silva et al. (1994). Este hecho resulta ventajoso porque, de algún modo, no se castiga tanto por resistencia mecánica. Recuérdese que en el IHO no se tiene en cuenta que las raíces elongan por grietas y bioporos;; además se elige una resistencia mecánica en que las raíces detendrían totalmente su exploración del suelo. Sin embargo cuando las condiciones físicas son muy desfavorables para las raíces ambos criterios conducen a un IHO igual a cero: caso del horizonte muy arcilloso Bt. Lo mismo encontraron Damiano & Moschini (2011) en un Bt1 (56% de arcilla) de un Argiudol abrúptico.


Figura 3. Comparación del intervalo hídrico óptimo (IHO) y sus límites críticos según lo propuesto por A: Silva et al. (1994) y B: Pilatti et al. en este trabajo, para diferentes texturas e intensidad de uso del suelo. (IHO cm3 cm-3 ). a,èCC, èFU, èPMP ,èRP representan, respectivamente, el contenido hídrico volumétrico cuando hay suficiente Porosidad de Aeración, a Capacidad de Campo, en el Límite de Agua Fácilmente Utilizable, Punto de Marchitez permanente y cuando limita la Resistencia a la Penetración) Nota: Cuando el límite seco se encuentra por encima del límite húmedo esto indica que el IHO es cero, es decir, en todos los estados hídricos de ese horizonte las raíces tienen estrés.
Figure 3. Comparison of optimal hydric intervals (IHO) and their critical limits as proposed by A: Silva et al. (1994) and B: Pilatti et al. in the present study, for soils with different textures and use intensities. (IHO cm3 cm-3). èa, èCC, èFU, èPMP ,qRP represent the water volumetric content when there is enough aeration porosity, field capacity, soil water easily available to crops below which water stress begins, wilting point soil water and content at which soil resistance reduces roots elongation, respectively. Note: When the dry limit is located above the humid limit, this indicates that the IHO is zero, meaning that roots in that horizon are under stress under all the hydric conditions.

Como era de esperar no hay coincidencia en el valor numérico tanto del límite superior como del inferior, esto resulta crucial al momento de conducir experiencias en las que con el manejo del agua se pretende que las raíces no tengan limitaciones; o bien cuando se desea evaluar durante cuántos días un cultivo a estado sujeto a restricciones hídricas -es decir fuera del IHO- tal como lo hicieron para cultivos Silva & Kay (1996) y Benjamín et al. (2003), y Damiano & Moschini (2011) en suelos con uso forestal. En la Figura 4 a (método Silva et al., 1994) y Figura 4 b (método «Este trabajo») se puede observar cómo cambian los límites críticos del IHO con la densidad del suelo (Ds) en un horizonte A franco limoso: Ds varía entre 1,08 y 1,52 Mg/m3 (Argiudol típico, Pilatti et al., 2009). En el método de Silva et al. (1994) el límite superior está definido siempre por CC; en cambio en el método propuesto en este trabajo la aireación lo limita a partir de una densidad aparente de 1,24 Mg/m3.


Figura 4. Variación de los límites críticos del Intervalo Hídrico Óptimo (IHO) con la densidad del suelo (Ds) según (a) lo propuesto por Silva et al. (1994) y (b) por Pilatti et al. en este trabajo. Horizonte A de un Argiudol típico (Pilatti et al., 2009) (èa,èCC, èFU, èPMP ,èRP, es respectivamente el contenido hídrico volumétrico cuando hay suficiente Porosidad de Aeración, a Capacidad de Campo, en el Límite de Agua Fácilmente Utilizable, Punto de Marchitez permanente y cuando limita la Resistencia a la Penetración. Ds crítica es la densidad a la que el IHO se hace cero).
Figure 4. Variation in the critical limits of the optimal hydic interval (IHO) in relation with soil density (Ds) as proposed by (a) Silva et al. (1994) and (b) Pilatti et al. in this study in a A horizon of a typical Argiudol (Pilatti et al., 2009). èa,èCC, èFU, èPMP ,èRP are water volumetric content when there is enough aeration porosity, field capacity, soil water easily available for crops below which water stress begins, wilting point soil water and content at which soil resistance reduces roots elongation, respectively. Critical Ds is the density at which IHO becomes zero.

El límite inferior en Silva et al., 1994 siempre está definido por la resistencia mecánica En la nueva propuesta se pueden distinguir dos situaciones, cuando la densificación es menor de 1,3 Mg/m3 la limitación está dada por la retención hídrica (èFU), luego es la resistencia mecánica la que restringe. En ambos métodos la densidad crítica, es decir cuando el IHO se hace cero, estuvo alrededor de 1,4 Mg/m3. El IHO, para Ds, inferiores a 1,35 Mg/m3 es siempre superior en la propuesta actual; luego es similar. Por lo tanto, si bien en ambos casos el IHO disminuye con Ds, los nuevos límites tienden a calificar mejor el estado físico del suelo.

CONSIDERACIONES FINALES

El agua un recurso vital, cada vez más escaso, contaminado o de difícil obtención. Muchas regiones del mundo carecen de agua potable y en otras es críticamente escasa. Millones de personas, animales y plantas lo padecen. Entonces... ¿Por qué desperdiciarla o derrocharla? El IHO apunta a mejorar el uso racional del agua edáfica, optimizando dosis de riego o aprovechando eficientemente el agua de lluvia.

En este trabajo se propone

I. Para los investigadores que deseen estandarizar los límites del IHO:
a)Condicionar el límite superior al menor valor entre ècc (agua retenida a -0,01 MPa) y èa considerando una porosidad aérea del 15%.
b) Mantener el límite inferior determinado por el mayor valor del contenido mínimo de agua fácilmente utilizable (èFU). Aquí el agua está retenida a -0,17 MPa y èRP, donde RP crítico varía con el tenor de arcilla: menos del 15% de arcilla 6 MPa: entre 15 y 25% 4 MPa; entre 25 y 40% 3 MPa y mayor de 40% 2,5 MPa.

II. Para aquellos que deseen usarlos para un caso específico:
a) Condicionar el límite superior al menor valor entre ècc (agua retenida a -0,01 MPa) y èa considerando una porosidad aérea del 15% para cultivos normales, 20% para cultivos sensibles, o 25% para muy sensibles.
b) Mantener el límite inferior determinado por el mayor valor entre (1) èFU Contenido mínimo de agua fácilmente utilizable, la tensión a la cual está retenida ese agua se calcula con la ecuación 1 o se adopta del Tabla 2 y (2) èRP, ídem I b).
Si bien el IHO ha comenzado a utilizarse en la Argentina mucho trabajo falta aún destacándose algunas líneas de estudio e investigación como:

1. Confirmar para nuestras condiciones, si se afecta el crecimiento del cultivo -especialmente el rendimiento- cuando el contenido hídrico en el suelo está fuera del IHO. Ejemplo de este tipo de estudio se encuentra en Silva & Kay (1996), Benjamín et al. (2003) y en Damiano & Moschini (2011)
2. ¿Qué proporción del sistema radical y durante cuánto tiempo debe estar en un contenido hídrico fuera del IHO para que se afecte al cultivo?
3. ¿Cómo incluir -además de la resistencia mecánica- el efecto de macroporos, grietas, bioporos sobre la exploración radical? Consultar lo sugerido por Jones et al. (1991).
4. Proponer criterios para interpretar los valores del IHO y calificar el estado físico de un horizonte edáfico. Ver, por ejemplo, lo propuesto por Pilatti et al. (2008).
5 . Generar la relación ente el IHO y la densidad del suelo para los horizontes más enraizados de los principales suelos de interés, abarcando desde valores bajos de Ds hasta elevados. De este modo será posible estimar el IHO en cada caso sólo a partir de la Ds y calificar el estado físico. Para detalles ver Pilatti et al. (2009).
6. Usar el IHO para evaluar físicamente los suelos forestales y guiar su recuperación después que han sido deteriorados.
7. Usar el IHO para preparar y evaluar la calidad física de diversos sustratos. Ver Felli et al. (1997).
8. Usar el IHO para decidir el momento de aplicación de riego complementario y la lámina a utilizar.

Agradecimientos.

Al ingeniero Agustín Alesso por su permanente colaboración en la elaboración de Tablas y Figuras.

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