Diseño experimental para la extracción de solución del suelo en régimen de insaturación (600 KPA)

Different methods have been proposed to extract the soil solution in field, batch and soil column experiments: zero-tension or free drainage, suction cups, Rhizon soil water samplers, or centrifugation. Limitations of the different methods vary with the degree of soil disturbance and contamination of the soil solution, ion retention by the soil sampler, sufficient extraction volumes for analysis, and more important the suction range explored. Especially in fine textured soils, with large water retention capacity, most of the above methods are inefficient. An experimental set-up is proposed to extract soil solution that combines Rhizon (Eijkelkamp) soil water samplers and Richards pressure plates, which exhibits low soil disturbance, operates in a controllable suction range up to 600 kPa, and with little contamination. The experimental set-up permitted extraction of soil solution successfully in highly micro-aggregated fine textured soils with high water retention (residual water > 20%), thus confirming its applicability under unsaturated hydrostatic conditions. 1. Introducción La determinación de la concentración de la solución del suelo en la zona no saturada del suelo resulta de interés en estudios de transporte, contaminación o en procedimientos analíticos más o menos rutinarios. Diferentes métodos han sido propuestos para extraer la solución del suelo: gravedad, muestreadores pasivos por capilaridad, cápsulas cerámicas de succión, extractores de solución tipo Rhizon y centrifugación, entre otros. En general todos estos métodos presentan ventajas e inconvenientes por lo que deben ser cuidadosamente elegidos de acuerdo con la aplicación para la que van a ser destinados. Los métodos pasivos y de gravedad o lisimétricos presentan la ventaja de que no necesitan una fuente externa que genere un gradiente de presión por lo que son de utilidad en condiciones de campo desatendidas o cuando se persigue determinar y simular condiciones de frontera de flujo libre o de cuasi-saturación en la parte inferior de un perfil (Boll et al. 1992; de Rooij y Stagnitti, 2002). En general consisten en una mecha fibrosa o un lecho de material poroso en íntimo contacto con la parte inferior del perfil del que se suspende una columna de agua que genera un gradiente pasivo de succión. Sus principales inconvenientes son la laboriosa instalación que requieren y que no permiten extraer solución retenida a potenciales superiores a 20 kPa (Ball y Hunter, 1988), siendo el intervalo usual de aplicación < 10 kPa. La extracción de solución mediante succión activa a través de materiales porosos como cápsulas de succión cerámicas, de teflón o acero inoxidable (Corwin, 2002) y extractores “radiculares” tipo Rhizon (Rhizon SMS, 2003), permite extraer solución del suelo retenida a 70-85 kPa. El volumen de solución extraído varía con el tipo (textura), propiedades hidráulicas y contenido de humedad del suelo (Rhoades y Oster, 1986), y en general es superior en el caso de las cápsulas de succión aunque así bien el grado de alteración del suelo es en este último caso mayor que con los Rhizon. Son de utilidad tanto en experimentos de campo medianamente desatendidos como en laboratorio, y su principal inconveniente es que es difícil mantener un nivel de flujo y potencial de extracción uniforme y conocido, debido entre otros motivos a la obturación y sellado de Regalado et al. Diseño experimental para la extracción de solución del suelo en régimen de instauración (600kPa) 96 poros por partículas finas de suelo, pérdida de contacto con la superficie del suelo y caída progresiva de la presión de vacío a medida que la cámara de recogida del extractor se rellena con la solución recogida y/o entrada de aire (Hart y Lowery, 1997). Dado que distintas fracciones del suelo están retenidas a potenciales diferentes (es lo que se conoce en la literatura sobre humedad de suelo como agua libre/agua adsorbida o en el argot de experimentos de transporte como concentración de flujo/concentración residente), esto supone una limitación importante a la hora de normalizar resultados. Aunque pueden ser utilizados sobre muestra inalterada, en ocasiones es necesario aplicar en el lugar de inserción del extractor una muestra de suelo tamizada o “barrillo”, sobre todo en suelos pedregosos. Todos los métodos mencionados anteriormente basados en la aplicación de una presión negativa (pasiva/activa) están limitados desde un punto de vista físico a potenciales < 100 kPa. Para obtener solución del suelo retenida por encima de 100 kPa se recurre generalmente a la aplicación de presiones (positivas) en lugar de vacío o succiones. Uno de estos métodos es la ultracentrifugación de muestras de suelo a través de un filtro. Esta técnica permite obtener solución a una presión (fuerza centrífuga) controlada que puede llegar hasta 1500 kPa (Dao y Lavy, 1978; Elkhatib et al. 1987). Los principales inconvenientes de este método son que utiliza muestras alteradas de suelo, precisa de un número elevado de muestras dado el pequeño volumen de los viales de ultracentrifugación y en general los laboratorios de física de suelo no cuentan con ultracentrífuga, debido entre otros motivos a su elevado coste. El nivel de contaminación o alteración de la composición de la solución obtenida mediante los distintos métodos es también un criterio importante a la hora de elegir uno u otro, variando éste desde la escasa contaminación que supone la ultracentrifugación de muestras alteradas en el laboratorio (Tiensing et al. 2001), pasando por la extracción mediante materiales porosos (McGuire et al. 1992; Palacios et al. 1999), hasta los métodos de campo de extracción pasiva (Selker, 2002). El volumen explorado y la representatividad de las condiciones “naturales” de campo en las que la solución se encuentra retenida en el suelo son criterios de marcada importancia, especialmente en experimentos de transporte. Según estos criterios se puede establecer la siguiente escala: centrifugación < Rhizon < cápsulas succión < lisímetros/métodos pasivos. En este sentido cabe destacar que los muestreadores porosos (Rhizon, cápsulas de succión), por el volumen explorado y intervalo de succión, resultan poco útiles para describir el flujo preferencial en macroporos (Shaffer et al. 1979) que exige por tanto la utilización de métodos pasivos (lisimétricos) que trabajan a mayor escala y a un intervalo de succión próximo al de flujo saturado característico del flujo preferencial (Haines et al. 1982). Resultan obvias las limitaciones que presenta la centrifugación en la caracterización de las condiciones de campo (Fig. 1). Por último, hay que señalar que los distintos métodos descritos no son sin embargo excluyentes y un estudio completo de la solución del suelo puede combinar varias de las técnicas descritas. En esta nota técnica se presenta un diseño experimental de extracción de solución de suelo que combina extractores tipo Rhizon (Eijkelkamp, Giesbeek, Holanda) y ollas Richards de presión (Soilmoisture, Santa Bárbara, EEUU), que resulta poco destructivo, trabaja en un intervalo de succión controlable hasta valores de 500 kPa, y es poco contaminante. El método se aplicó en extracción de solución en suelos microagregados de textura fina con alta retención de agua (humedad residual > 20%). Los valores de la conductividad eléctrica de la solución extraída con este método se compararon con los del extracto de pasta saturada y la conductividad aparente del suelo determinada mediante TDR (Muñoz Carpena et al. 2001) y un sensor capacitivo WET (Delta-T Devices Ltd., Burwell, Inglaterra).