Characterization of water and air transport process in volcanic ash soils of southern Chile

(Caracterización de los procesos de transporte de agua y aire en suelos derivados de cenizas volcánicas en el sur de Chile: efecto del grado de desarrollo estructural y del manejo del suelo sobre el desarrollo de la curva de retención la permeabilidad de aire, la contracción y el movimiento de agua en el suelo en fase saturada y no saturada.)

• Fondecyt Iniciación 2006 / Código 1106130
• Director del Proyecto: José Dörner
• Lugar de Ejecución: Región de los Ríos y Región de los Lagos
• Duración de la Investigación: 3 años
• Fecha de Inicio: 2006 Fecha de Término: 2009
• Monto Total Asignado ($ chilenos): 50.523.000

El suelo es un recurso natural que ha sido y será fundamental para el desarrollo de la humanidad ya que cumple una serie de funciones en la biosfera como por ejemplo participar en los ciclos biogeoquímicos, ser sostén para el desarrollo de cultivos, almacén de agua, aire y nutrientes para las plantas, hábitat de microorganismos, archivo de la historia, entre otras. Lo anterior implica que este recurso natural, no renovable en la escala de tiempo humana, debe ser conservado para evitar su degradación lo que permitirá que siga cumpliendo con sus funciones. Para ello es fundamental conocer las propiedades del suelo y sus limitaciones. Parte importante de los suelos del sur de Chile fueron formados por la depositación de cenizas volcánicas. Estos suelos se clasifican como Andisoles y son comúnmente conocidos por Trumaos (palabra en Mapudungun que significa arena). Si bien es cierto que estos suelos tienen una distribución restringida a nivel mundial (< 1% suelos del mundo), constituyen cerca del 60% de los suelos arables en Chile. Además, se pueden encontrar bajo un amplio rango de usos, desde de aquellos bajo renoval de bosque nativo hasta otros bajo cultivo y praderas con diversas intensidades de uso. Esta particularidad, permite evaluar cómo el cambio de uso de suelo (bosque -> pradera -> cultivo) afecta sus propiedades estructurales como por ejemplo la capacidad de almacenar y conducir agua y aire, usando como referencia los sistemas menos intervenidos. Es así que el objetivo de este proyecto fue investigar como el cambio de uso de suelo afecta su: i) estructura, ii) estabilidad mecánica, iii) capacidad del suelo para almacenar y transportar agua (con mediciones de terreno y laboratorio) y aire, iv) su comportamiento frente a cambios en el contenido de agua (contracción e hinchamiento) y v) resiliencia funcional. El estudio se realizó en tres series de suelo: Pelchuquín (2006), Los Lagos (2007) y Osorno (2008), ubicadas en la Región de Los Ríos y Los Lagos. Se seleccionaron sitios bajo renoval bosque nativo, pradera y cultivo en donde se instalaron estaciones de monitoreo para registrar los cambios temporales en el contenido de agua, tensión de agua y temperatura de suelo mediante sensores insertados a 5, 20 y 40 cm de profundidad en el perfil. De los mismos horizontes se recolectaron muestras de suelo en cilindros metálicos, agregados y material disturbado con el fin de realizar análisis físicos en el Laboratorio Dr. Achim Ellies Schmidt del Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Austral de Chile. Los resultados publicados demuestran que un cambio de uso de suelo (por ejemplo de bosque a pradera) significa un incremento en la densidad aparente, lo que refleja un cambio en su estructura. Lo anterior, mejora la estabilidad mecánica en desmedro de la conductividad hidráulica saturada, permeabilidad de aire y capacidad de aire del suelo favoreciendo la capacidad de retención de agua aprovechable para las plantas. Por otro lado, se demostró que los Andisoles no son rígidos, sino que están sujeto a constantes cambios en su volumen (estructura) ya sea por medio de estreses mecánicos (por ejemplo compactación) o hidráulicos (secado del suelo). Es así que mientras un estrés mecánico provoca una disminución del volumen de poros gruesos y, por lo tanto, en la permeabilidad de aire, un estrés hidráulico genera un aumenta en el volumen de macro poros por medio de la formación de grietas continuas que inducen un incremento en la capacidad del suelo para conducir aire en desmedro de poros que almacenan agua para las plantas. La gran capacidad de contracción de los Andisoles, que se debe a la presencia de alofán y materia orgánica, puede traer consecuencias sobre el comportamiento hidráulico del suelo, ya sea por medio de la formación de grietas (flujos preferenciales) o por una subestimación del contenido volumétrico del agua, si la deformación del suelo durante el secado no es considerada. El alto volumen de poros que presentan los Andisoles les permite tener una gran capacidad de conducir agua y aire. Dicha capacidad de conducción varía en función del uso del suelo, ya sea producto del flujo saturado de agua o de la compactación que sufre el suelo. La reducción de la permeabilidad del suelo, dependiendo de la magnitud de la presión aplicada, puede ser temporal, ya que el suelo es capaz de recuperar su integridad funcional después de un evento de presión lo que esta estrechamente relacionado con la presencia de componentes orgánicos que actúan como un elemento elástico.

Publicaciones del Proyecto En Revistas Científicas.

• Zúñiga, F., Dec, D., Valle, S.R., Dörner, J., MacDonald, R. (2014) Estabilidad estructural de un Andisol (Typic Durudand) bajo bosque nativo y pradera en el Sur de Chile. Agro Sur 42(3): 55-66, 2014
• Horn, R., Peng, X., Fleige, H., Dörner, J. (2014) Pore rigidity in structured soils - only a theoretical boundary condition for hydraulic properties? Soil Science and Plant Nutrition 60: 3-14.
• Baumgarten, W., Dörner, J., Horn, R. (2013) Microstructural development in volcanic ash soils from South Chile. Soil & Tillage Research 129: 48-60.
• Dörner, J., Dec, D., Sáez, C., Peng, X., Ivelic-Sáez, J., Zúñiga, F., Seguel, O. Horn, R. (2013): The shrinkage properties of different managed andisols as function of aggregate scale. Agro Sur volumen 41(1): 1-9.
• Dörner, J., Dec, D., Feest, E., Díaz, M., Vásquez, N. (2012) Dynamics of soil structure and pore functions of a volcanic ash soil under tillage. Soil & Tillage Research 125: 52-60.
• Vásquez, N., Salazar, F., Dörner, J. (2012): Variabilidad temporal de las propiedades físico-mecánicas de un suelo derivado de cenizas volcánicas bajo labranza convencional. Agro Sur volumen 40(3): 1-13.
• Dörner, J., Dec, D., Zúñiga, F., Sandoval, P., Horn, R. (2011) Effect of the land use change on Andosol's pore functions and their functional resilience after mechanical and hydraulic stresses. Soil & Tillage Research 115-116: 71-79.
• Dörner, J., Sandoval, P., Dec, D. (2010) The role of soil structure on the pore functionality of an Ultisol. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 10(4): 495-508.
• Dörner, J., Dec, D., Peng, X., Horn, R. 2010. Effect of land use change on the dynamic behaviour of structural properties of an Andisol in southern Chile under saturated and unsaturated hydraulic conditions. Geoderma 159: 189-197
• Dörner, J., Dec, D., Peng, X. and Horn, R (2009): Efecto del cambio de uso en la estabilidad de la estructura y la función de los poros de un Andisol (Typic Hapludand) del sur de Chile. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 9(3): 190-209.
• Dörner, J., Dec, D., Peng, X., Horn, R. (2009): Change of shrinkage behavior of an Andisol in southern Chile: Effects of land use and wetting/drying cycles. Soil and Tillage Research, 106: 45-53.