Comportamiento térmico del suelo bajo cubiertas plásticas II. Efecto del polietileno transparente a diferentes profundidades
Enviado por Enrique Misle A.
ABSTRACT: During November of 1996, an experiment was carried out at the Universidad Católica del Maule, Talca (35º26’ S lat, 71º26’ W long.) in a Haplanthrepts soil, to determine the soil thermal response under a transparent polyethylene cover (50 m ) at 1, 3, 7 and 15 cm depth, as well as the transversal thermal response (phases 2, 3 and 5). In phases 1 and 4, the effect of four plastic covers on the soil temperature at 7cm depth was informed in a previous paper. Tukey’s test was applied (p £ 0.05) to the thermal amplitude in order to verify the reliability of the results. Its value increased about 10°C up to 7 cm depth, showing that it is possible to solarize at this latitude, with a mean temperature of 36°C at 7 cm depth, and with possibly lethal maximums at depths of 7 to 15 cm after 15 days treatment. Phase 5 revealed that there is a thermal decrease toward the borders of the film cover, showing a central area of 20-30 cm where the temperature is uniform. The information obtained is useful to verify a model that describes the thermal conduct of soil under a plastic cover.
Keywords: soil temperature, mulch.
RESUMEN: Durante noviembre de 1996 se realizó un experimento en la Universidad Católica del Maule, Talca (35º26’ lat. Sur, 71º26’ long. Oeste), en un suelo Haplanthrepts, para determinar la conducta térmica del suelo bajo una cubierta de polietileno transparente (50 m ) a 1, 3, 7 y 15 cm de profundidad, así como el comportamiento térmico transversal (fases 2, 3 y 5). En las fases 1 y 4 se determinó el efecto de cuatro cubiertas plásticas sobre la temperatura del suelo a 7 cm de profundidad, informado en un trabajo anterior. Se realizó la prueba de Tukey (p £ 0,05) para la amplitud térmica con el fin de constatar la confiabilidad de los resultados. Su valor se incrementó alrededor de 10°C hasta 7 cm de profundidad, mostrando que es posible solarizar en esta latitud, con temperatura media sobre 36°C hasta 7 cm, y con máximas posiblemente letales hasta un punto situado entre 7 y 15 cm de profundidad, después de 15 días de tratamiento. La fase 5 reveló que existe una disminución térmica hacia los extremos del acolchado, mostrando un área central de 20-30 cm donde la temperatura es uniforme. La información obtenida es de utilidad para verificar un modelo que describa la conducta térmica del suelo bajo una cubierta plástica.
Palabras clave: temperatura del suelo, acolchado.
Introducción
Las cubiertas plásticas producen un efecto térmico en el suelo muy diferente a la práctica del acolchado (mulch) orgánico que le dio origen. Debido a que las cubiertas no porosas anulan el componente de evaporación, transmiten una parte importante de la radiación solar al interior del suelo. Suelen elevar así la temperatura, permitiendo aplicaciones como acolchado para anticipar cosechas y otras como la solarización, donde se extrema la posibilidad de incrementar la temperatura hasta niveles letales para muchos de los organismos vivos del suelo (Pullman et al., 1981). En franjas angostas se debe considerar la disminución de temperatura hacia los extremos, llamada efecto borde (Grinstein et al., 1995).
La utilización de cubiertas plásticas supone alterar el balance de radiación, definiendo según el objetivo, un resultado más positivo o más negativo, el cual puede expresarse en mayor o menor temperatura en el suelo (Contreras et al., 1992). La temperatura del suelo se manifiesta como resultado del balance energético que inicialmente se expresa como balance de radiación. A partir de la radiación solar global incidente, Qg, más la consideración de la radiación neta de onda larga, constituida por la terrestre y la atmosférica, Qs y Ql, respectivamente, se define la radiación neta, Qn:
Qn = Qg(1-a ) + Ql – Qs [1]
donde a es el albedo del suelo o fracción en que Qg es reflejada. Qn ofrece así, energía disponible para el proceso químico de la fotosíntesis, F, para evaporación, E y para el calentamiento del suelo, G, de la vegetación, C y del aire, H. El balance de energía se expresa del siguiente modo:
Qn + H + C + G +l E + g F = 0 [2]
donde g es el equivalente calórico por la fijación del anhídrido carbónico y l es el calor latente de vaporización. Desde el punto de vista del suelo, existe entonces un flujo de calor y un flujo de vapor, determinado por el balance de energía. El flujo de calor, G, puede ser expresado, de acuerdo a la ley de Fourier como resultado de un gradiente térmico entre dos puntos (d T/d z), cuando T es la temperatura y z la profundidad, afectado por una resistencia al flujo, cuyo recíproco es la conductividad térmica, h (Campbell, 1985; Auvermann et al., 1992):
G = h (d T/d z) [3]
Si se supone que el flujo de calor ocurre sólo en una dirección vertical, z, entonces a partir de [3] puede formularse la ecuación diferencial dependiente del tiempo, t, conocida como la ecuación general de flujo de calor en el suelo, donde z es la capacidad calórica (Sellers, 1965; Campbell, 1985):
z (d T / d t) = d / d z (h d T / d z) [4]
La ecuación [4] describe la temperatura del suelo como función de la profundidad y del tiempo, la cual supone un suelo uniforme e infinitamente profundo; no obstante, no se conocen soluciones analíticas específicas. Campbell (1985) presentó una solución a la ecuación [4] para lo cual divide el suelo en elementos o capas y nodos. Diversos investigadores han recogido este método de manera que el problema de describir el flujo de calor en el suelo y conocer la temperatura en un momento dado y a una profundidad dada puede considerarse resuelto, y hoy sólo se modifican las diversas proposiciones, analíticas o numéricas para las ecuaciones de flujo de calor en el suelo (Sellers, 1965; Gutkowski y Terranova, 1991; Auvermann et al., 1992; Ham y Kluitenberg, 1994). No obstante, son escasos los trabajos de investigación que reportan registros de temperatura bajo diferentes cubiertas plásticas dentro del perfil del suelo. En Chile la situación es similar (Contreras et al., 1992). Anteriormente se describió el efecto que producen diferentes tipos de cubiertas plásticas (Misle y Norero, 1999); en este artículo se describen los resultados del ensayo del comportamiento térmico a diferentes profundidades de suelo cubierto con polietileno (PE) transparente. Se espera así, estudiar la temperatura del suelo en profundidad modificada por una cubierta plástica para formular sus efectos a partir de la ecuación general de flujo de calor en el suelo.
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