Sistema Suelo
Aspectos estructurales y dinámicos
Concepto de suelo y sistema abierto
- Niveles Jerárquicos del Sistema Suelo.
El tiempo en la dinámica del Sistema Suelo
Tipos de dinámicas: evolutiva, homeostática y degradativa.
Componentes Dinámicos: variables de stock, flujo y auxiliares
Relaciones entre variables: simples, complejas (bucles). Diagrama Causal
Comportamiento de un sistema: trayectorias.
Diagrama de Forrester
Ejemplo de aplicación
3 - Principales procesos de Flujo - Stock en el Sistema Suelo
Energía calórica
Agua
Carbono
Nutrientes: Nitrógeno y Fósforo
Introducción
¿Qué es el suelo? El suelo es un componente del ecosistema terrestre. Se individualiza como un cuerpo natural y está constituido de elementos vivos y no vivos, por lo tanto, se trata de un cuerpo semivivo (Fig. 1).
Figura 1.1: Los suelos en el ecosistema (Lin, 2014)
Los suelos poseen características propias de sus elementos vivos y no vivos. Se organizan como individuos o unidades continuas, generalmente sin un límite claro que los separa en el espacio geográfico. A su vez, también son individuos o unidades discretas, pues significa que pueden identificarse partes o elementos que son separables en algún punto del espacio (pedón, horizontes, estructura, fases), aunque siempre interdependientes entre sí y conectados a través de flujos de materia, energía e información. En consecuencia, a través de sus partes el suelo intercambia flujos entre sus propios elementos (vivos e inertes) y con el entorno que lo circunda. Es, por tanto, un sistema abierto.
Sistema: conjunto de elementos u objetos relacionados entre sí de tal manera que forman y actúan como una unidad con un propósito definido en un determinado contexto.
En esta definición se destacan cuatro aspectos relevantes:
a) contexto: es el entorno/ambiente que rodea o envuelve al sistema. Si hay intercambio de materia, energía e información el sistema es abierto.
b) conjunto de elementos u objetos que componen las partes o la estructura del sistema,
c) interacción entre los elementos que están interconectados con cambios contínuos por tanto dińamicos
d) que actúan según un propósito: la interacción entre los elementos y el entorno definen una función.
La interacción entre las partes del sistema (estructura) y de este con su entorno a través de la circulación de materia, energía e información, genera cambios en relación al tiempo (dinámica). Esta interacción estructura / dinámica es lo que define la función o propósito del sistema.
El suelo es sistema abierto y dinámico puesto que posee una estructura organizada en el espacio continental terrrestre, intercambia materia y energía con su entorno lo que induce a cambios permanentes (dinámica), acumula información y cumple con un determinado propósito o funciones. En tal sentido, la interpretación del suelo bajo el enfoque sistémico puede abordarse desde dos aspectos interdependientes entre sí aunque separable a los efectos de facilitar la comprensión:
NIVEL | SISTEMA | DEFINICIÓN |
1 | PROVINCIA PEDOLÓGICA | Parte de una región definida por su clima y topografía y caracterizada por un grupo particular de suelos. |
2 | UNIDAD DE PAISAJE COMPUESTA o CUENCA | Área cuya distribución espacial corresponde a una cuenca natural o una subcuenca y contiene cursos de primero a enésimo orden. |
3 | UNIDAD DE PAISAJE SIMPLE o CATENA o TOSECUENCIA | Una repetición regular de una secuencia de suelos en asociación con topografía. |
4 | POLIPEDÓN / PEDÓN | Pedón: menor unidad tridimensional de la corteza terrestre que puede considerarse un individuo suelo. Polipedón: grupo continuo de pedones similares. |
5 | HORIZONTE | Capa de suelo mineral u orgánico, aproximadamente paralela a la superficie que tiene características originadas por procesos pedogenéticos. |
6 | PED - AGREGADO (Macroestura) | Agrupamiento particular primario de microagregados o partículas individuales que se separan de los peds vecinos por superficie de debilidad que se reconocen como vacíos naturales o por la presencia de barnices. |
7 | MICROESTRUCTURA | Microagregados (< 5 mm) formados por dominios de coloides y partículas individuales de arenas y limos. |
8 | FASES | Sólida (mineral – orgánica), gaseosa, líquida. |
Figura 1.3: Representación esquemática de los niveles jerárquicos del suelo.
Figura 1.4: Representación esquemática de algunos niveles jerárquicos del suelo.
Normalmente para comprender situaciones reales o resolver problemas de toda índole, nuestra mente está más preparada para aplicar soluciones simples, lineales: pe. una causa - un efecto, e independiente del tiempo. Ante una situación problema casi siempre miramos una foto instantánea, “estática” de lo que es un proceso a lo largo del tiempo. Se nos hace difícil incorporar en el pensamiento el movimiento y el cambio constante, es decir observar una película en lugar de fotos instantáneas. Esta actitud, por lo general obedece a la forma de funcionar de la mente humana ya que esta toma imágenes, esquemas y relaciones estáticas de una manera efectiva. Sin embargo, la mente no es tan buena para percibir los cambios a través del tiempo y predecir nuevas realidades, en especial en situaciones complejas y dinámicas. Por ejemplo, podemos predecir en cuánto tiempo un recipiente se llena de agua y cerrar el flujo de ingreso en el momento oportuno. Sin embargo, ya no es tan sencillo predecir cuando un suelo -que también es un recipiente que almacena agua, se encontrará en un contenido hídrico que afecte el desarrollo de un cultivo y que una lluvia -que es un evento exógeno y estocástico, vuelva a cargar el perfil o en su defecto decidir la aplicación de una lámina de riego para reponer el agua que falta.
Para abordar situaciones complejas y dinámicas, tanto en la solución de problemas prácticos como en la investigación de problemas científicos, se requiere del aprendizaje de metodologías para generar la capacidad de análisis y gestión de realidades complejas que cambian a lo largo del tiempo. En este sentido, la dinámica de sistemas es un herramienta que ofrece un marco conceptual y metodológico apropiado para tal fin. La dinámica de sistema se encuadra dentro del enfoque sistémico, proceso de observación y análisis que pretende ver más el comportamiento del todo que los detalles de las partes de una realidad. El concepto “dinámico” es contrapuesto a “estático”, por consiguiente focaliza la atención en aquello que cambia a lo largo del tiempo. Los cambios de magnitudes en los componentes centrales o relevantes de un sistema a lo largo del tiempo se denomina trayectoria. La suma de trayectorias es lo que se conoce como comportamiento de un sistema.
Una adecuada discución sobre la utilidad de la dinámica de sistema aplicada a la investigación interdisciplinaria y gestión de la agricultura y recursos naturales es ofrecida por Tuner y otros (2016): System Dynamics Modeling for Agricultural and Natural Resource Management Issues: Review of Some Past Cases and Forecasting Future Roles
El tiempo en la dinámica del Sistema Suelo.
Para comprender la dinámica de un sistema abierto se requiere identificar, medir y/o estimar los cambios temporales en las magnitudes de los componentes que constituyen el sistema analizado. Antes de clasificar qué componentes del sistema son variables y cuales son estables, es necesario analizar en detalle el tiempo, en especial cuando analizamos sistemas naturales como el suelo.
El tiempo lo percibimos por los cambios que observamos. En el sistema suelo el tiempo es un factor de génesis y de partida establece al menos dos períodos necesarios de distinguir: a) el período de formación del suelo y b) el período actual. Empezaremos por el período actual. Reconocemos a los suelos mediante la observación e identificación de un conjunto de propiedades morfológicas, físicas, químicas y fisicoquímicas relativamente estables (estáticas) en el tiempo: horizontes, textura, estructura, color, bases de cambio, contenido de carbono, pH, etc. Estas propiedades debidamente conceptualizadas se identifican en el terreno y se comunican en documentos o mapas de suelos como una “fotografía” de lo que existe hoy. Sin embargo, cuando observamos, describimos y clasificamos un suelo, no se trata de una “fotografía” sino más bien del “fotograma” de una “película”. Esta analogía implica reconocer que el suelo tiene una trayectoria en el tiempo, una evolución con un inicio, un pasado, un estado actual o presente y una proyección al futuro. La Pedología, ciencia que estudia el origen, organización y distribución de los suelos en el mundo, explica, con sus teorías y métodos el inicio de la “película” y como son los distintos “fotogramas” que se fueron sucediendo a través del tiempo hasta el “fotograma” que observamos en la actualidad. En la siguiente figura se esquematiza esta analogía.
Fig. 2.1: Esquema de la evolución del suelo: fotogramas evolutivos
El sistema suelo tal cual lo vemos hoy, ha tenido un precursor normalmente llamado Roca Madre o Material Originario. Este material, generalmente de naturaleza mineral y en contacto con los agentes del Clima –lluvia, calor, gases (“fotograma” I) comenzó a cambiar, transformarse a través de los años. Durante este período se fue instalando la vida de vegetales, microorganismos, micro y mesofauna que en su conjunto se denomina Biota (“fotograma” II). Esta asociación entre la Roca Madre, la Biota y el Clima fue generando cambios en el suelo por transformación de sustancias existentes y por acumulación de nuevas sustancias (p.ej, materia orgánica transformada (humus), arcillas, sesquióxidos, etc.) (“fotograma” III) y de nuevas estructuras internas (p.ej. complejos arcillo-húmicos, agregados, horizontes) (“fotograma” IV) tal como lo vemos actualmente.
Durante todo el período de génesis la dinámica del sistema ha sido evolutiva, producto de la ocurrencia de diversos procesos (procesos de génesis) que están vinculados a flujos de entrada y salida (adición - pérdida) y a flujos internos (translocación - transformación) Fig 2.2.
Dichos procesos a través del tiempo fueron impulsando los cambios hasta el momento donde el sistema alcanzó un estado de equilibrio y su dinámica dejó de ser evolutiva para pasar a ser homeostática o de equilibrio dinámico. La magnitud, orden de ocurrencia y permanencia activa de estos procesos es difícil de entender. Lo que sí resulta razonable entender es que, una vez alcanzado el equilibrio homeostático los componentes que cambian y definen el estado del sistema tienen una temporalidad mucho más acotada. En otras palabras, muchos de los procesos que impulsaron los cambios del suelo p.ej. la formación de horizontes se detienen definitivamente.
Cuadro 2.1: Tipos de procesos según la dinámica del sistema suelo
Tipos de dinámica en el sistema suelo.
Dinámica Evolutiva: esta dinámica impulsa una diferenciación de las condiciones iniciales de la materia a través del tiempo. La estructura simple (material originario) pasa a ser una estructura diferenciada (individuo suelo). Los resultados de esta dinámica son cambios cualitativos y cuantitativos hacia un mayor orden, nivel de información y capacidad de realizar trabajo o energía libre. Los procesos que impulsan este cambio son lineales -con un momento de inicio y un momento de finalización. Esta dinámica se estudia bajo la teoría y métodos de la Pedología.
Fig. 2.3: Esquema de la dinámica evolutiva del suelo.
Dinámica Homeostática o Reguladora: en un sistema abierto a pesar de que hay un ingreso y egreso constante de energía, materia e información a través del tiempo, su estructura no cambia, permanece constante. Cuando se alcanza alcanza este "estado dinámico" las relaciones de intercambio y las relaciones entre las partes de la estructura permanecen constantes. Esta situación en un suelo inicia cuando alcanza su madurez pedológica (finaliza la dinámica evolutiva). En este momento su organización jerárquica (horizontes, agregados, granulometría, etc.) permanecen sin cambios y tres de los flujos más importantes se comportan de la siguiente manera (Fig 2.4):
CALOR - Procesos de Calentamiento - Enfriamiento: la cantidad de calor que ingresa al suelo (Qe) es igual a la cantidad de calor que pierde (Qs). Este intercambio tiene un ciclo diario y estacional y la variable con que se mide este estado es la temperatura del suelo.
AGUA - Procesos de Hidratación - Deshidratación: La cantidad de agua que ingresa (lluvia, escurrimiento, ascenso capilar, riego) es igual a la cantidad de agua que egresa (evapotranspiración, percolación, escurrimiento). Este tipo de intercambio tiene un ciclo decádico, quincenal, mensual o anual y la variable que mide este estado es el contenido hídrico del suelo.
CARBONO - Procesos de Reducción - Oxidación: La cantidad de Carbono fijado por la fotosíntesis y los procesos bioquímicos de incorporación del C al interior del suelo (reducción) es igual a la cantidad de carbono respirado por la biota (oxidación) más el retirado por las cosechas de biomasa. El indicador de este estado es el contenido de carbono del suelo (COS). Este tipo de intercambio tiene un ciclo anual o mayor.
En definitiva, en un sistema abierto como el suelo y en una dinámica homeostática hay un permanente intercambio de materia y energía con su entorno, pero la suma de los flujos de entrada y salida es cero (Figura 2.4). Cabe puntualizar que en este estado dinámico los procesos que dieron impulso a la evolución (pedogénesis) no operan más por tanto son independientes del tiempo.
Figura 2.4: Esquema del estado homeostático - regulador
Ahora bien: ¿esta dinámica homeostática implica que siempre la suma de los flujos de entrada y salida es cero? o ¿que no hay cambios en la estructura?. De ninguna manera. El suelo es un acumulador y reciclador de materia y energía por lo que acumula un “capital” capaz de resistir y recuperarse de disturbios exógenos. Esta característica, propia de los sistemas abiertos, se denomina resiliencia. Por ejemplo, la agricultura implica un disturbio en el sistema (porque oxida C, extrae elementos químicos, aplica fuerzas mecánicas, etc.). Si el suelo no tuviese resiliencia colapsaría sus función de producción en algún momento.
Figura 2.5: Trayectorias de magnitudes de variables bajo efecto de resiliencia
Supongamos para el esquema de la Figura 2.5 que representa la variación de la concentración de elementos nutrientes en la solución del suelo. Después del ciclo de un cultivo la disponibilidad de elementos nutrientes se diluye por extracción del cultivo (línea C descendente). Al cabo de un tiempo ésta se restituye gracias a los mecanismos de reposición de elementos nutrientes (línea C ascendente): este proceso se denomina resiliencia. Mientras el mismo opere dentro de determinados rangos, el sistema se mantiene en una dinámica homeostática (reguladora). Esto implica que un movimiento en una dirección es contrarrestado por un movimiento en dirección opuesta (extracción - reposición de nutrientes), aunque no siempre en la misma intensidad: la cantidad de elementos extraídos por un cultivos no es igual a la cantidad de elementos repuestos: ambos movimientos (extracción - reposición) son aproximados, más que compensados.
Ahora bien, puede ocurrir la trayectoria B donde el disturbio (extracción de nutrientes) supera la resiliencia y el sistema no recupera más la condición inicial. En esta situación se abandona la dinámica homeostática para entrar en una dinámica degradativa.
Por último, la trayectoria A en la Figura 2.5 representa una magnitud de un componente del sistema que no cambia y que es resistente a los mecanismos que impulsan los cambios temporales.
Dinámica Degradativa: se trata de una dinámica evolutiva “inversa” que impulsa cambios desde un estado homeostático hacia un estado primitivo, con menor capacidad de realizar trabajo, menor información y más desordenado. En esta dinámica se inscriben todos los procesos de degradación de los suelos vinculados al uso y manejo de los mismos.
A los fines operativos si no estamos interesados en la pedogénesis, cuando se involucra al suelo para el estudio de un determinada función y servicio ecosistémico la dinámica homeostática y degradativa deben ser tenidas en cuenta siempre de manera implícita.
Componentes teóricos de la dinámica en sistemas abiertos.
Conceptos tomados de Aracil y Gordillo (1997) y De Leo y otros (2020)
En un sistema abierto se reconocen tres componentes de tipo variable en relación al tiempo:
A) Variables de estado, nivel o stock: son los componentes variables más importantes a la hora de analizar el comportamiento del sistema y representan magnitudes cuya evolución es especialmente significativa por la información que nos brinda. Ej: dinero en la cuenta corriente; contenido de agua y nitrógeno del suelo o cantidad de alimentos en el freezer. La evolución de las variables de estado de un sistema representa el comportamiento del mismo en un lugar, tiempo y condiciones determinadas y estas dependen de las variables de flujo. En otras palabras: la diferencia entre un flujo de entrada y uno de salida en un depósito de materia, energía e información determinan el nivel de la variable de estado que caracteriza ese depósito. La ecuación general que representa este proceso es:
Nivel X (t) = Nivel X (t - 1) + Flujos entrada (x) – Flujos salida (x)
Esto implica que la acumulación o extinción de la variable de estado X en un depósito dependerá de los cambios en el tiempo (flujo de entrada y salida) de la propia variable (x). Otra forma de expresión es:
- 𝜟X/𝜟t denota la variación de x con respecto al tiempo de la magnitud de X.
La "condición de estado" de un sistema es uno o varios de valores o magnitudes que caracterice el o los depósito/s de cualquiera de las propiedades intensivas (temperatura, densidad, viscosidad, dureza, concentración molar, etc.) o extensivas (cantidad de sustancia, masa, volumen, peso, energía).
B) Variables de flujo: tal como indica su denominación representan un flujo que son porciones de materia, energía o información que circulan por una red conductora (caños, poros, cables, etc.). Las magnitudes de estas variables se expresan en unidades que circulan por unidad de tiempo. Ej: mm/h, cal/s, m3/s, etc. Las variables de flujo siempre están asociadas a las variables de estado y son las que determinan su variación a lo largo del tiempo. Los flujos afectan a los niveles de stock haciendo que éstos aumenten o disminuyan.
Otros componentes que se reconocen en la dinámica del sistema pero independientes del tiempo son:
D) Parámetros o Tasas: Estas magnitudes se suponen constantes a lo largo del período o intervalo de estudio de un sistema. Ej. la constante psicrométrica en el cálculo de ET.
E) Fuentes / Sumideros: de materia, energía o información se suponen con capacidad infinita de proveer o disipar y no se cuantifican. Ej: sol, océanos, etc.
Las variables de estado, de flujo y auxiliares son endógenas, dependientes del funcionamiento del sistema y todas influenciadas entre sí. En cambio hay variables que influyen en el sistema pero estas no se ven influidas por el sistema: son las variables exógenas. Ej: la lluvia en la agricultura de secano.
Relaciones entre variables: Diagrama causal o de influencias.
Las relaciones entre las variables pueden ser de tipo simple o de estructura abierta o de tipo compleja de estructuras cerradas (bucles). Este tipo de relaciones forman dos tipos de Diagramas: Abierto y Cerrado (Fig. 2.7)
Fig. 2.7: Diagrama Relacional Abierto y Cerrado
En el caso de una estructura simple, una variable influye sobre la otra bajo la acción causa/efecto. Por ejemplo: a un aumento de D o B corresponde un aumento de C (relación positiva) o una disminución de A (relación negativa).
En el caso de una estructura cerrada o tipo “bucle” pueden establecerse dos tipos de relaciones:
Bucle de retroalimentación positiva: ( R o + ) la variación de una variable se propaga a lo largo del bucle de manera que refuerza la variación inicial. Por ejemplo: un aumento de A, determina un aumento de B, que a su vez determina un aumento de C, que por último refuerza un aumento de A. Estos bucles tienden a generar comportamiento de crecimiento o decrecimiento exponencial. (Fig. 2.8)
Fig. 2.8: Trayectoria de variables bajo influencia de un bucle de realimentación positiva.
Bucle de retroalimentación negativa: ( B o - ) la variación de una variable se transmite a lo largo del bucle de manera que determine una variación de signo contrario en el mismo elemento. Por ejemplo (Fig. 2.7): un aumento de A, determina un aumento de B, que a su vez determina un disminución de A. Esto bucle tiende a generar comportamiento hacia el equilibrio (Fig. 2.9).
Fig. 2.9: Trayectoria de variables bajo influencia de un bucle de realimentación negativa.
Ver Fig. 2.10: Representación gráfica de los bucles
Retraso: tiempo de demora entre una acción y consecuencia. Por ejemplo aumentar el contenido de agua de un suelo después de una lluvia (acción) puede demorar un tiempo (consecuencia) .
Ejemplo de bucles en suelos salinos.
La dinámica salinización/desalinización en suelos conectados capilarmente con una napa freática salina está fundamentalmente regulada por la condición de la cobertura vegetal de la superficie. En suelos desprovistos de vegetación, la napa freática salina conectada capilarmente a superficie evapora continuamente y conlleva a la acumulación continua de sales en superficie. Esta situación es extremadamente adversa para el desarrollo de la biota en general. Sin embargo, en la medida que esa superficie se cubre de vegetación corta el flujo evaporativo desde la napa freática y evita la acumulación de sales en superficie (Fig. 2.11).
Fig. 2.11: Suelo desnudo con costra salina y suelo cubierto con vegetación sin sales en superficie.
Un bucle de retroalimentación positivo es cuando aumenta la superficie sin vegetación aumenta la costra salina expandiendo la superficie salinizada: + superficie desnuda + costra salina + superficie desnuda. Un bucle de retroalimentación negativo es cuando se instala una cubierta vegetal en la superficie del suelo conllevando a una desaparición de la costra salina y por tanto una reducción de la superficie salinizada: + superficie cubierta - costra salina + superficie cubierta - costra salina.
Mas información: Degioanni, A., Cisneros, J., Cantero, J., Plevich, O., & Cantero, A. (2020). Tecnologías para recuperar la producción de biomasa en suelos salinos. Ab Intus, (5), 94-111.
Diagramas Causales
La identificación de las relaciones entre las variables que componen un sistema bajo análisis se grafican en Diagramas Causales. En la Figura 2.13 se muestra un diagrama causal sobre la dinámica del tamaño de la población en relación a la generación de residuos y su impacto en la calidad ambiental. Las flechas indican la dirección del flujo y los signos si la magnitud de la variable aumenta o disminuye.
Fig. 2.13: Diagrama causal sobre la relación población, residuos y calidad ambiental. (Redondo y Solano 2010)
Comportamiento de un sistema
Los cambios de magnitudes en los componentes centrales o relevantes de un sistema a lo largo del tiempo, se denomina trayectorias. La suma de trayectorias de los componentes variables más relevantes es lo que se conoce como comportamiento de un sistema.
Figura 2.14: Trayectoria de una variable con diferentes comportamientos.
Diagrama de Forrester
El diagrama de Forrester es una representación simbólica de las variables de nivel, flujo y auxiliares de un diagrama causal una vez identificadas y constituye un paso intermedio entre el diagrama causal y el sistema de ecuaciones que corresponde. Se utiliza una simbología general que es adaptada a los diferentes programas informáticos de simulación dinámica.
Fig. 2.15: Ejemplo de simbología en el diagrama de Forrester
Figura 2.16: Simbología de Forrester - representación de los componentes de un sistema dinámico.
Figura 2.17: Diagrama de Forrester del programa de simulación dinámica VenSim.
Ejemplo de aplicación: Modelación hidrodinámica de un tanque de abastecimiento de agua en el hogar.
Modelo conceptual y variables.
Supongamos un tanque de agua conectado a un flujo de ingreso (red de abastecimiento domiciliario) y a un flujo de egreso que representa el consumo de la casa. A su vez, para que el tanque no rebase ni se quede sin agua debe tener una válvula que regule el ingreso de agua de la red (flotante).
¿cuales son las variables de este sistema? ¿cuales son sus unidades de medida?
Variables de flujo: caudal de ingreso de agua al tanque desde la red domiciliaria y caudal de egreso de agua del tanque para abastecer el consumo de la casa. Unidad: l/seg
Variable de stock: Nivel de agua dentro del tanque. Unidad: litros
Variable auxiliar: válvula que regula el ingreso de agua al tanque: cuando el tanque se llena corta el ingreso, cuando se vacía gradualmente va aumentando el caudal de ingreso hasta el máximo posible que puede abastecer la red.
Formulación matemática del modelo (software Stella)
Tanque: Variable de stock. Nivel (d) = Nivel (d-1)+Flujo entrada – Flujo salida * dia
Consumo: número aleatorio entre 30 y 70 l/d
Ingreso: está acoplado a la función auxiliar “Flotante” que se establece en una relación entre el nivel en el tanque y el ingreso de agua de la red. Cuando el nivel del tanque es bajo tiene máxima capacidad de abastecer, cuando se llenando disminuye el ingreso hasta cortar el mismo cuando el tanque completa su capacidad
Funcionamiento del modelo de simulación dinámica.
Comportamiento del modelo
Según las trayectorias de las variables del modelo se observa, para este escenario: tanque lleno al inicio (nivel inicial 100 l) y consumo entre 30 y 70 litros/hora el siguiente comportamiento para un período de análisis de 20 días:
1 - El consumo es la variable de mayor variabilidad. Ello obedece a que se ha formulado matemáticamente como un número aleatorio entre 30 y 70 litros/hora (trayectoria azul - indicador numérico de consumo por día)
2 - La variables de ingreso (trayectoria roja) y stock o de nivel (trayectoria fucsia) tienen menor variabilidad y sus trayectorias se mantienen paralelas. Ello implica un normal funcionamiento del flotante: nunca falta agua ni tampoco rebasa el depósito (tanque).
Etapas para utilizar la modelación dinámica en sistemas abiertos.
El ejemplo de aplicación desarrollado precedentemente es a los solo efectos de comprender lo medular de la modelación dinámica: la relación entre variable de stock y flujo. Para construir modelos predictivos hay que transitar la siguiente secuencia de pasos:
1. Realidad. Problema a estudiar. Escala de análisis. Recorte de la realidad a estudiar.
2. Diseño de un Modelo Conceptual bajo enfoque sistémico.
a) Identificar y definir los aspectos estructurales, estáticos: límites, sumideros, depósitos (Variable stock), redes conectoras entre depósitos o sumideros
b) Identificar y definir los aspectos funcionales, dinámicos: flujos (Variable de flujo), relaciones, bucles (+ / - )
3. Establecer el Diagrama Causal
4. Diseño del Diagrama de Forrester
5. Diseño del modelo matemático
6. Simulación y Análisis del Comportamiento bajo diferentes escenarios
7. Calibrar parámetros del modelo. Análisis de Sensibilidad
8. Validar el modelo con datos empíricos. Grado de Confiabilidad alcanzado.
Figura 2.18: Esquema del procedimiento para instrumentar un modelo de simulación dinámica
Programas informáticos para simulación dinámica
3 - Principales Procesos de Flujo - Stock en el Sistema Suelo
Se presentan a continuación los principales procesos de flujo - stock en el sistema suelo desde una mirada de bajo nivel de detalle o de una visión general de los principales procesos dinámicos: energía calórica, agua, carbono, nitrógeno. Si bien estos procesos no operan independientes unos de otros, es preciso analizarlos separadamente para facilitar la iniciación en el estudio dinámico de los mismos.
Energía calórica
A través del suelo fluye el calor. La fuente (infinita) y flujo de ingreso es la radiación solar que llega al suelo (W m2). Esta energía se utiliza para movilizar el ciclo del agua (procesos físicos), de los minerales (procesos químicos) o de los componentes orgánicos: carbono, nitrógeno, azufre, etc (procesos bioquímicos). Por su parte, el suelo también emite la energía hacia el espacio intersideral (sumidero infinito). La temperatura del suelo es la magnitud de esta variable de estado. Un modelo teórico del balance energético del suelo es el propuesto por Grabenweger et al 2021 .
Fig. 3.1: Modelo Conceptual del flujo de calor en el suelo. Adaptado de Grabenweger et al 2021
Los flujos de ingreso de energía calórica al suelo son la radiación solar global (Rad. Directa + Rad. Difusa) de onda corta descontado el albedo y la radiación de onda larga emitida por la atmósfera y la vegetación. Los flujos de egreso de energía calórica son la emisión de calor desde el suelo sin cobertura vegetal, el calor transferido a la atmósfera por evaporación y por convección. Por otra parte, la difusión de calor en profundidad del suelo depende de dos propiedades: la capacidad calórica volumétrica (cantidad de calor necesario para elevar en un grado centígrado la temperatura de un centímetro cúbico de suelo) y la conductividad térmica (capacidad de transferir o conducir calor desde las capas más calientes a las más frías). Ambas propiedades dependen de los tipos y proporción de materiales que componen el suelo. Del total del flujo calórico anual en el sistema suelo el 94% se utiliza para movilizar o transferir el agua desde el suelo a la atmósfera (evapotranspiración); el 5 % para la fotosíntesis y un pequeña porción 1% para solubilizar y mineralizar los compuestos del suelo (procesos bioquímicos) (Volobuyev 1974)
Fig 3.2: Diagrama de Forrester para el flujo de calor en el sistema suelo.
La trayectoria de la temperatura en el suelo tiene un comportamiento sinusoidal en los primeros horizontes mientras que en la medida que aumenta la profundidad este comportamiento desaparece y los valores de temperatura se retrasan en relación a la superficie (Leyes de Angot). La Figura 3.3 grafica el comportamiento teóricos de la trayectoria de la temperatura como resultado de la dinámica de la energía calórica en el sistema suelo.
Fig 3.3: Trayectoria de la Temperatura del sistema suelo (Campbell, 1995)
Agua
El agua, después de la radiación solar, es el recurso natural renovable más importante para la producción de biomasa espontánea o cultivada. Como es sabido, el ritmo transpiratorio de una especie vegetal está regulado por múltiples factores siendo, en una cultivos de secano el abastecimiento de agua por las lluvias el principal factor pero no el único. El sistema de producción (uso de suelo), las tecnologías de manejo del suelo y cultivo (laboreos, prácticas de conservación) y el estado de los suelos (deterioro físico y químico) son -entre otros- factores decisivos para lograr los mejores rendimientos de biomasa en función del potencial de los recursos naturales. Sin embargo, estos factores son escasamente considerados en situaciones adversas para la producción como por ejemplo una sequía y por tanto, existen discrepancias sobre sus efectos tanto en la producción primaria, como así también en la magnitud de los daños causados.
Reducir el impacto de la sequía a solo la falta de lluvias, si bien se considera la causa fundacional es -a priori- un análisis un tanto reduccionista. Ello es así porque la disponibilidad y absorción de agua por parte de los cultivos conforman un sistema complejo de cuyo conocimiento posibilita mejorar las intervenciones técnicas oportunas para mejorar la eficiencia de uso del agua, recurso escaso a veces por cantidad otras por calidad.
El agua a nivel planetario siempre está en contínuo movimiento entre depósitos donde se acumula -stock (nubes, hielos, napa, suelo, embalses, biota) por diferentes períodos de tiempo y se intercambia mediante los flujos de evaporación, escurrimiento superficial, escurrimiento subterráneo, infiltración, transpiración, percolación y precipitación (sólida y líquida). El conjunto constituye el ciclo del agua cuyo comportamiento en el espacio y en el tiempo conforma un verdadero sistema dinámico.
La Hidrosfera del planeta contiene aproximadamente 1,4 millones de kilómetros cúbicos de agua, donde el 97,4% es agua salada y el 2,6 por ciento restante están en casquetes polares y glaciares. El agua dulce disponible se estima en un 0,001%.
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Fig 3.4. Ciclo del agua en la Hidrosfera
Si tomamos una porción del sistema hidrológico, cuya función sea la de abastecer agua a un cultivo, el recorte espacial del ciclo hídrico se puede circunscribir una unidad suelo - planta con una escala temporal equivalente al ciclo ontogénico del cultivo. En este contexto la Figura 3.5 esquematiza los componentes dinámicos de esta función del sistema suelo.
A) Contenido hídrico del suelo: es el volumen de agua contenido en un volumen (cm3/cm3) de suelo. La magnitud diaria de esta variable es un indicador de estado o de nivel, producto del balance entre los flujos de entrada y salida al sistema. La capacidad máxima de retención de agua de un suelo depende de la porosidad del mismo, la energía de retención y de la profundidad considerada (normalmente hasta donde el sistema radicular puede explorar o 2 metros de profundidad). (Para más detalle Ver punto 6 Relación Estructura / Función del SS)
B) Napa freática: conforma la zona saturada del subsistema suelo y su magnitud es la altura (h) con respecto a la superficie. Naturalmente constituye un depósito de agua que en caso de ser no salina y oscilar a una profundidad que puede abastecer al cultivo constituye otra fuente de agua del subsistema. Por consiguiente, h es una variable de stock o nivel donde ocurren estas condiciones. En el caso de unidades productivas bajo influencia de napa, la percolación es un flujo de ingreso que eleva el nivel de la napa.
C) Variables de flujo de ingreso: la lluvia y el riego son los flujos de ingreso en cultivos de secano y regadío respectivamente. El escurrimiento superficial podría ser considerado un flujo de ingreso en posiciones receptoras del paisaje (bajos) pero en sistemas de cultivo con conservación del agua no debiera ser una componente relevante dado que si hay escurrimiento seguramente está asociado a erosión hídrica.
D) Variables de flujos de salida: escorrentía: es el excedente de agua que no ingresa al suelo y se traslada en superficie. Por principio debería ser lo mínimo posible para aumentar la eficiencia de uso del agua en la obtención de biomasa, evapotranspiración: proceso de transferencia de agua del suelo a través de la planta a la atmósfera y percolación: es el agua que no puede ser retenida en el interior del suelo y se transfiere desde la zona no saturada a la saturada.
F) Variable auxiliares: cultivo (profundidad de enraizado, grado de cobertura, Kc), suelo (pendiente, capacidad de retención de agua útil, infiltración, permeabilidad)
Fig 3.6: Diagrama de Forrester para el flujo de agua en un balance hídrico simplificado
Análisis de relaciones entre las variables del Balance Hídrico Simplificado (Figura 3.6)
El objetivo de este epígrafe es facilitar la comprensión y análisis del comportamiento dinámico del flujo de agua en el suelo en condiciones de cultivo.
Los suelos con destino a la producción de biomasa cultivada tienen como función abastecer de agua al cultivo en tiempo y cantidad suficiente. Ante la falta de agua se genera un estrés hídrico afectando el rendimiento de biomasa e incluso provocando la muerte de las plantas. Asumiendo como norma general y operativa para la tecnología de riego, cuando el contenido de agua en el suelo se mantiene por encima de la mitad de la capacidad de retención de agua útil del suelo, los cultivos no sufren estrés hídrico. Por consiguiente para mantener el nivel adecuado de agua en el suelo se tiene que cumplir que:
Ingresos - Salidas ≥ 1/2 Almacenamiento
A mayor demanda por parte del cultivo (por aumento de la biomasa e incremento del ritmo transpiratorio), mayor debe ser el ritmo de abastecimiento por parte del suelo. En tal sentido, la disponibilidad de agua depende en primer lugar, de la cantidad y ocurrencia temporal de las lluvias; en segundo lugar de la captación de las precipitaciones (infiltración y escorrentía) y de la permeabilidad y por último, de la saturación de la capacidad de retención del agua en el suelo.
En la medida que mayor sea el escurrimiento por condiciones de relieve (posición del suelo en la toposecuencia Loma - Media Loma - Bajo) o por compactaciones superficiales, menor será el ingreso de agua al suelo (más pérdida). Por otro lado, en la medida que más deteriorado se encuentre la superficie del suelo o el perfil sea más anisotrópico por causas genéticas o inducidas (compactaciones) menor será la captación y distribución de agua dentro del suelo por lo que reduce la capacidad de almacenamiento y aumenta las pérdidas. Además, en caso de existir impedancias al crecimiento de raíces menor es el volumen de suelo explorado por las mismas por lo que el volumen disponible para almacenar agua se reduce. En estas condiciones, el sistema clima - suelo - planta se hace más vulnerable ante la escasez de agua de lluvia y por tanto afecta negativamente el rendimiento de biomasa.
Cuando se aumenta ingreso o reducen las pérdidas innecesarias tales como controlar el escurrimiento superficial, favorecer la infiltración y percolación dentro del suelo o cuando los sistemas de raíces no encuentran limitaciones para la exploración del perfil en cada etapa ontogénica del ciclo, la función de abastecimiento hídrico es más potente y confiere más resiliencia al sistema clima - suelo cultivo ante la falta de lluvias. Por tanto, la vulnerabilidad del sistema suelo dependerá más de condiciones estructurales que de situaciones más aleatorias como las lluvias, sumado a las diferentes capacidades de almacenar agua según su génesis.
Ejemplos de trayectorias del contenido hídrico medido en dos suelos del sur de Córdoba
Las trayectorias que se presentan grafican el cambio en el contenido hídrico del suelo (Variables de Stock) medido con sensores electrónicos para 3 horizontes del Haplustol entico correspondiente a la Serie Laboulaye y del Natralbol típico correspondiente a la Serie Rosales. El período registrado es de 22 días aproximadamente. Durante el mismo ocurrieron cinco eventos de lluvias (Variables de flujo de entrada, exógena): una lluvia de 20 mm, otra de 14 mm y las tres restantes de menos de 4 mm. Los flujos de salida (Evapotranspiración, Percolación y Escurrimiento) no se presentan en las gráficas.
Estas trayectorias del balance hídrico permiten comprender el funcionamiento hídrico del suelo. Dicho comportamiento se encuentra vinculado a la granulometría de cada horizonte y a los parámetros hídricos asociados. (Para cada suelo se presentan los datos de horizontes y granulometría tomados de la Carta de Suelo Hoja Laboulaye y los parámetros hídricos estimados.
Tabla 3.1 - Haplustol entico: Horizontes, granulometría y parámetros hídricos
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Este individuo suelo es de carácter isotrópico, homogéneo dado que su morfología (granulometría) y las propiedades hídricas vinculadas tienen muy poca variación entre horizontes. La CC está en el orden de 20% (0,2 cm3/cm3 de suelo) y la porosidad total o punto de saturación está en el orden del 40% (0,4 cm3/cm3 de suelo)
Figura 3.7: Trayectoria del contenido hídrico (Variable de Stock) para los horizontes A, AC y C + eventos de precipitaciones (Variable de Flujo) en el Haplustol entico.
Al inicio del período se observa que todos los horizontes tienen un contenido de humedad por encima de Capacidad de Campo aunque no llegan al estado de saturación (toda la porosidad llena de agua). Ocurridos los dos primeros eventos de lluvia, el impacto en la recarga de agua de los horizontes tiene un retraso que es menor en horizonte A (aproximadamente a las 100 h de ocurridas las lluvias se observa un ascenso en el contenido hídrico). En los otros horizontes -AC y C, este retraso es algo mayor. En adelante el horizonte A es el que más rápido se descarga de agua por efecto de la evapotranspiración y se vuelve a recargar con las lluvias de menor cantidad. Para este período parcticamente todo el perfil se encuentra por encima de CC.
Tabla 3.2 - Natralbol típico: Horizontes, granulometría y parámetros hídricos
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Este individuo suelo es algo más anisotrópico (heterogéneo) que el anterior, particularmente a nivel del Horizonte E (menor porosidad total y mayor Ks) y el horizonte Btna que es un potente reductor de la permeabilidad (Ks).
Figura 3.8: Trayectoria del contenido hídrico (Variable de Stock) para los horizontes A, E y Btna + eventos de precipitaciones (Variable de Flujo) en el Natralbol típico.
Al inicio del período el horizonte Btna se encuentra saturado, situación que se mantiene constante para todo el período observado. Cabe acotar que este horizonte presenta una fuerte reducción de la permeabilidad por lo que condiciona la profundidad donde se desarrolla la dinámica hídrica del suelo en cortos períodos de tiempo como el observado. Los horizontes A y E al inicio del período, no se encuentran saturados aunque en valores por encima de su CC. Después de ocurridos los eventos de las dos primeras lluvias se observa un significativo incremento en el contenido hídrico del horizonte A (valores de humedad que indica mayor contenido de agua que de sólidos por unidad de volumen). En este caso no hubo retraso: la respuesta de la variable de stock fue inmediata al flujo de ingreso de agua por lluvia. Por otra parte, el horizonte E, ocurrida la primer precipitación se satura condición que se mantiene casi durante todo el período. Es evidente que con las mismas lluvias que en el suelo Haplustol, en este suelo se genera excedente de agua que supera la capacidad de almacenaje del suelo. ¿Que ocurrió? Se originó una laguna temporaria en la superficie hasta que por efecto de evapotranspiración (o escurrimiento) se secara y el contenido hídrico del horizonte A retomó valores entre CC y saturación después de 400 h transcurridas.
Water balance estimate of beans using a dynamic system model based on crop coefficient (Kc) variation (Villa et al, 2021)
System dynamics simulation of crop yield under different irrigation water quality and quantity. (Nozari & Azadi, 2021)
Carbono Orgánico del Suelo
El carbono orgánico del suelo (COS) cuya cantidad es relativamente baja para los suelos minerales (entre un 5 y 1% de la masa) es un componente central en las funciones del suelo para la producción de biomasa por sus efectos positivos sobre la fertilidad física y química. Además, el suelo es el mayor sumidero de carbono terrestre y contiene 2 y 3 veces más carbono que la atmósfera y la vegetación, respectivamente.
El COS posee diferentes fracciones (componentes estructurales): carbono orgánico particulado (POM), carbono orgánico asociado a los minerales (MAOM), carbono orgánico soluble (DOM; LMWcS), carbono de biomasa microbiana, exudados radiculares y carbono orgánico recalcitrante. Aquí más detalles sobre las fracciones COS.
Figura 3.1 - Esquema simplificado COS (adaptado de Ramesh y otros, 2019).
El stock total de CO en el suelo está determinado por la diferencia entre el flujo de entrada de carbono (aportes por la vegetación aérea, raíces y bioma edáfico) y flujo de salida por la emisión de CO2 a la atmósfera. Además, existen variables auxiliares tanto endógenas como exógenas que influyen sobre la dinámica del COS. Entre las variables exógenas se destacan la temperatura, las precipitaciones, la granulometría y por supuesto las prácticas de uso y manejo del suelo entre otras. Entre las variables endógenas, tenemos la relación Hongos/Bacterias, la formación de agregados, concentración de compuestos de carbono solubles y disponibilidad de nutrientes minerales, entre otras.
En las Figuras 3.3 y 3.4 se presenta el flujo y stock de carbono (medido con técnicas radioactivas) para el cultivo de maíz y soja en condiciones de clima húmedo templado y suelos Argiudoles.
Figura 3.3: Flujo de carbono biomasa maíz - COS medido con C radioactivo (Piñeiro y col. 2015)
Figura 3.4: Flujo de carbono biomasa soja - COS medido con C radioactivo (Piñeiro y col. 2015)
Según estas mediciones, el flujo de C desde la biomasa hasta COS en ambos cultivos revela que la principal fuente de C asociado a los minerales (MAOM) es aportado por las raíces: 61 y 80 % para maíz y soja respectivamente. Por otra parte la mayor parte del C acumulado por la biomasa de los cultivos es respirado o bien removido en el grano.
Se propone realizar un cálculo de cuál sería el C respirado y cual es fijado en la MAOM (aumento de stock) para maíz y soja cuyos rendimientos en granos son de 10 Mg/ha y 3,5 Mg/Ha. Se asume condiciones de clima y suelo similares a las experimentales. Se propone identificar cuáles son los principales flujos de entrada, de salida y calidad de la biomasa bruta (C/N) en relación al COS transformado.
Nutriente Nitrógeno
El N en el planeta se encuentra de dos formas: a) nitrógeno no reactivo que constituye el 99% del total y se deposita (stock) en la atmósfera como gas (N2) y b) nitrógeno reactivo (Nr) que constituye el 1% restante y forma compuestos inorgánicos pe: NH3 (amoníaco), N-NH4 (amonio), NOx (óxidos de N), NO3H (ácido nítrico), N-NO3 (nitrato) y N-NO2 (nitrito). El N orgánico forma parte de sustancias tales como urea, proteínas, enzimas, ácido nucleico, ácido ribonucleico, ADN y materia orgánica del suelo entre las más importantes. El Nr a diferencia del no reactivo se acumula en todos los compartimentos ecosistémicos del planeta: atmósfera, biosfera, hidrosfera y pedosfera.
Figura 3.5: Compartimentos del ecosistema planetario y formas de acumulación de N
La circulación y transferencia de las diferentes formas de N entre los compartimentos ecosistémicos o depósitos del sistema constituye el ciclo del N a escala planetaria. Si se inicia el ciclo desde el N2, debido a su alta estabilidad molecular, solo puede ser pasado a formas de Nr mediante la incorporación de energía. Por tal motivo, la tasa de transferencia entre ambas formas de N en la naturaleza es relativamente baja o la suficiente para mantener estable el ciclo equilibrado. Sin embargo, existen procesos naturales y artificiales que transfieren N de la forma no reactiva a las formas reactivas: la fijación biológica (libre o en simbiosis), el proceso artificial Haber-Bosch (producción industrial de NH3), la combustión del petróleo y la deposición atmosférica por descargas eléctricas.
A principio de la década de 1990 la tasa de ingreso de Nr era de 238 Tg año-1 a los ecosistemas terrestres por fijación biológica (53 %) y por proceso Haber-Bosh (42 %). Por otra parte, calcularon que la tasa de transferencia de Nr hacia los océanos era de 48 Tg Nr año-1 y hacia la atmósfera de 115 Tg N2 año-1, lo que arroja una acumulación de Nr en los ecosistemas terrestres en el orden de 75 Tg año-1. Se proyecta para 2050 una tasa de acumulación de 90 Tg Nr año-1 en los ecosistemas terrestres. Este incremento en la cantidad de Nr se debería principalmente al aumento en el uso de fertilizantes nitrogenados y a la fijación biológica de cultivos en los agroecosistemas. Por otra parte, cabe destacar también un incremento en la tasa de emisión de N2O que es un gas de efecto invernadero todo lo cual indica un escenario de alto riesgo de contaminación global con N situación que ya ha sido documentada por diferentes investigaciones (Blarasin y otros 2014).
El Nr en un agroecosistema se acumula en la materia orgánica (stock de N orgánico) y en la solución del suelo como nitrato (stock de N-NO3). Equivale a disponer de dinero en una cuenta corriente y en un plazo fijo, ambos son parte del stock pero la disponibilidad está condicionada por el tiempo. En la Figura 3.6 se esquematiza el ciclo del N tomando como principal stock el N la materia orgánica del suelo. Lo flujos de ingreso son: fertilizantes, mineralización de los residuos (vegetales, animales), fijación simbiótica y deposición atmosférica. En el suelo el N se transforma por acción biológica en NH4+ (amonio) mediante el proceso de amonificación. Si el amonio no es oxidado puede transferirse a la atmósfera como amoníaco (NH3) como flujo de egreso. El proceso de oxidación del amonio ocurre por acción de dos grupos de bacterias: Nitrosomonas y Nitrobacter convirtiéndose en nitrato (NO3) con un producto intermedio inestable nitrito (NO2) en un proceso llamado nitrificación. El NO3 es el producto final de la descomposición aeróbica de N y está siempre disuelto y móvil para ser incorporado a la estructura de microorganismos o de plantas. Cuando el N-nitrato no es fijado a las estructuras orgánicas este puede migrar hacia la napa freática o al escurrimiento superficial o hacia la atmósfera. En este último caso, desde los cultivos y fundamentalmente en condiciones anóxicas, este flujo de egreso ocurre mediante la desnitrificación donde el NO3 se reduce a diferentes formas gaseosas: N2O – NO – N2O3 –NO2 – N2O5.
Figura 3.6: Ciclo del N. (Degioanni, A. 2013)
Los flujos de ingreso de N más importantes en términos cuantitativos en un agroecosistema son la fertilización y la fijación biológica mientras que el flujo de salida a la atmósfera con N2 (denitrificación) es efectivo en condiciones anaeróbicas. Esto implica que, en condiciones normales (suelo bien drenado) de funcionamiento del agroecosistema, el balance de N2 no es cero (N2 input ≠ N2 ouput) por lo que implica transferencias de N que no queda retenido en forma orgánica en la materia orgánica hacia la hidrósfera o atmósfera en un auténtico proceso de contaminación ambiental.
Fig. 3.7: Diagrama de Forrester de la dinámica del N en el suelo (Ouyang y otros, 2015)
Nutriente Fósforo
El P es un elemento químico que se encuentra en abundancia en los suelos y que es un nutriente esencial para la producción agropecuaria. Por ejemplo, Bernardo et al. (2009) informan que en suelos del sur de Córdoba cantidades de P total oscila entre los 450 a 680 ppm. Picone et al. (2007) indican que para suelos de la región SE de Bs. As. se registran valores en el orden de 520 ppm de P total. Sin embargo, la fracción de P que pasa a estar disponible para los cultivos es mucho menor. Esto se debe a la complejidad del “pool de P” en el suelo. Syers et al. (2008) propone para el P edáfico la existencia de cuatro depósitos interconectados entre sí por flujos de ingreso y egreso con velocidades diferenciales de intercambio entre niveles (Fig. 3.8).
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Figura 3.8: Modelo de la dinámica de P en el suelo. (Adaptado de Syers et al., 2008)
El primer stock es el P en la solución del suelo. Este es el P inmediatamente disponible para la asimilación del cultivo (PO43- PO4H2-) y tiene un elevado nivel de intercambio con el segundo nivel de stock que es el P adsorbido a la superficie del coloide o en precipitados relativamente solubles (fosfatos de amonio, K o Na). Este tramo del pool de P, es el que mayor interacción posee con las fuentes extractivas y las fuentes aditivas externas – cultivos y fertilizantes respectivamente. Por otra parte, la cuantificación del mismo es realizada por las técnicas analíticas corrientes (Olsen, Bray o Mehlich) de cuyos valores se establecen los niveles críticos de respuesta a la fertilización y/o decisiones de manejo de este nutriente.
Los siguientes stock son las fuentes internas de P edáfico y se corresponde al P orgánico (incorporado a la estructura de la materia orgánica y la biota del suelo) y al P inorgánico que es el fósforo precipitado con iones de Ca, Fe, Al y Mn con una muy baja solubilidad. El ingreso de P a estos compartimentos ocurre con cierta rapidez mientras que el egreso (retorno hacia formas disponibles para las plantas, stock de P soluble en la solución del suelo) es mucho más lento.
Gran parte de la dinámica de este nutriente ocurre en el primer tramo del ciclo propuesto por Syers y otros (2008). Esta dinámica se conoce como capacidad o poder buffer del suelo, que es una relación numérica entre la intensidad (P inmediatamente disponible) y la cantidad (P fácilmente disponible) y puede determinarse mediante estudios de sorción y desorción. En cuanto a la fuentes (flujo de ingreso) existen diferentes formulaciones de fertilizantes fosforados inorgánicos con recomendaciones diversas para su utilización: fosfato monoamónico, fosfato amónico azufrado, fosfato diamónico, superfosfato triple de Ca, superfosfato simple y nuevas formulaciones de liberación secuencial. Existen también formulaciones de fertilizantes biológicos que se ofrecen como alternativas para mejorar la solubilidad del P edáfico (Pseudomonas) o promotores del crecimiento y de las funciones de asimilación de las raíces (Micorrizas).
En síntesis: contamos con un elevado stock de P en los suelos pero una muy baja disponibilidad para los cultivos lo que hace necesario recurrir a fuentes externas. Actualmente se busca solubilizar P desde los depósitos fuerte a muy fuertemente unido vía la acción de microorganismos del suelo.
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