Aplicación de métodos geofísicos al estudio del suelo

319 Pages·2014·5.9 MB·Spanish

by  Aitor García Tomillo

I
FACULTAD DE CIENCIAS
Área de Edafología y Química Agrícola

TESIS DOCTORAL

Aplicación de métodos geofísicos al estudio del suelo

Autor:

Aitor García Tomillo

Directores:

Antonio Paz González

Jorge Dafonte Dafonte
Dn. Jorge Dafonte Dafonte, Profesor Titular del área de Ingeniería
Agroforestal en la Escuela Politécnica Superior de Lugo de la Universidade de
Santiago de Compostela (USC), y Dn. Antonio Paz González, Catedrático de
Edafología y Química Agrícola en La Facultad de Ciencias de la Universidade
da Coruña (UDC),

CERTIFICAN:
Que la presente Memoria titulada “Aplicación de métodos geofísicos
al estudio del suelo” que para optar al grado de Doctor por la Universidade da
Coruña presenta Dn. Aitor García Tomillo, ha sido realizada bajo nuestra
dirección y supervisión dentro del programa oficial de Doctorado en Ciencia y
Tecnología Ambiental de la UDC.
Considerando que constituye trabajo de Tesis Doctoral, autorizamos su
presentación.
Y para que así conste, expedimos el presente certificado en A Coruña, a
30 de Junio de 2014

Fdo. Jorge Dafonte Dafonte Fdo. Antonio Paz González
A María y a mis padres;
sin ellos, este trabajo no hubiese sido posible.
“¡Qué extraña cosa el conocimiento! Una vez que ha penetrado en la mente, se aferra
a ella como la hiedra a la roca”. (Frankenstein, Mary Shelley)
AGRADECIMIENTOS
La presente Tesis es un esfuerzo en el cual, directa o indirectamente, participaron
varias personas leyendo, releyendo, opinando, corrigiendo, ayudándome en definitiva,
dándome ánimos y acompañándome en los momentos de mayor dificultad.
Agradezco al Dr. Antonio Paz González y al Dr. Jorge Dafonte Dafonte por
haber confiado en mí, por la paciencia y por la dirección de este trabajo.
Al Dr. Sidney Rosa Vieira por su ayuda con el estudio Geoestadístico.
A la Dra. Eva Vidal y el Dr. Marcos Lado, del área de Edafología y Química
agrícola de la Facultad de Ciencias de la Universidad de A Coruña, porque siempre que he
necesitado su ayuda me la han brindado.
Gracias también a mis queridos compañeros del laboratorio, Rosane, Antón e
Irene por hacer más llevadero este trabajo, por su ayuda y su amistad.
A Silvia, por su ayuda con la portada y la presentación.
A todos los amigos con los que he disfrutado “lejos de la Tesis” durante estos tres
años, lo que me ha permitido coger fuerzas cuando era necesario.
Gracias a todos los que de alguna manera colaboraron en la redacción, datos,
bibliografía, presentación y se me haya olvidado mencionar.
A Begoña y Marino; mis padres porque siempre me han apoyado y animado.
A María, por estar siempre ahí.
Gracias.
CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN GENERAL ................................................................ 1
1.1 FORMACIÓN DEL SUELO ................................................................................... 1
1.2 SUELOS DE GALICIA ........................................................................................... 5
1.3 AGRICULTURA DE PRECISIÓN ......................................................................... 13
1.4 ESTADÍSTICA & GEOESTADÍSTICA .................................................................. 17
1.5 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA APARENTE DEL SUELO ................................. 21
1.6 OBJETIVOS ........................................................................................................ 25
CAPÍTULO 2 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA (CE ) MUESTREO OPTIMIZADO &
a
TOPOGRAFÍA DE LA PARCELA ESTUDIADA ......................................................... 27
2.1 ÁREA DE ESTUDIO ........................................................................................... 27
2.1.1 La Comarca de Terra Chá ................................................................................. 27
2.1.2 Parcela experimental ......................................................................................... 30
2.2 MEDIDA EN CONTINUO DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA APARENTE . 33
2.3 RED DE MUESTREO OPTIMIZADO A PARTIR DE LA CE ................................. 37
a
2.4 RELACIÓN ENTRE LAS VARIABLES TOPOGRÁFICAS & LA CE ....................... 40
a
2.5 CONCLUSIONES ................................................................................................ 44
CAPÍTULO 3 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LAS PROPIEDADES GENERALES ...... 45
3.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 45
3.1 PROPIEDADES ESTUDIADAS ............................................................................ 47
3.2.1 pH ................................................................................................................ 47
3.2.2 Propiedades de cambio ..................................................................................... 49
3.2.3 Materia orgánica .............................................................................................. 57
3.2.4 Granulometría ................................................................................................. 59
3.3 MATERIAL & METODOS ................................................................................... 62
3.3.1 pH ................................................................................................................ 62
3.3.2 Materia Orgánica ............................................................................................. 62
3.3.3 Capacidad de intercambio catiónico .................................................................... 63
3.3.4 Análisis granulométrico ..................................................................................... 64
3.3.5 Porcentaje de saturación de bases ....................................................................... 65
3.4 RESULTADOS & DISCUSIÓN ............................................................................. 66
3.4.1 Profundidad de muestreo 0-20 cm ...................................................................... 66
3.4.2 Profundidad de muestreo >20 cm ...................................................................... 77
3.4.3 Horizonte A ................................................................................................... 85
3.5 CONCLUSIONES ................................................................................................ 95
I
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS ELEMENTOS EXTRAÍDOS ......... 99
4.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 99
4.2 PROPIEDADES ESTUDIADAS .......................................................................... 101
4.2.1 Macronutrientes ............................................................................................ 101
4.1.2 Micronutrientes ............................................................................................. 106
4.2.3 Metales Pesados ............................................................................................ 112
4.3 MATERIAL & MÉTODOS ................................................................................. 121
4.3.1 Extracción con la solución ácida Mehlich-3 ........................................................ 121
4.3.2 Extracción con el agente quelante DTPA ........................................................... 122
4.4 RESULTADOS & DISCUSIÓN ........................................................................... 124
4.4.1 Profundidad de muestreo 0-20cm ..................................................................... 124
4.4.2 Profundidad de muestreo >20 cm .................................................................... 151
4.4.3 Horizonte A ................................................................................................. 176
4.5 CONCLUSIONES .............................................................................................. 199
CAPÍTULO 5 ANÁLISIS GEOESTADÍSTICO .......................................................... 203
5.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 203
5.1.1 Conceptos esenciales en Geoestadística ............................................................. 205
5.1.2 Análisis y representación de la dependencia espacial ............................................ 207
5.2 MATERIAL & MÉTODOS ................................................................................. 223
5.3 RESULTADOS & DISCUSIÓN ........................................................................... 228
5.3.1 Variabilidad espacial de las propiedades generales ................................................ 228
5.3.1.1 Profundidad de muestreo 0-20 cm .................................................................. 228
5.3.1.2 Profundidad de muestreo >20 cm .................................................................. 233
5.3.1.3 Horizonte A ............................................................................................... 239
5.3.2 Variabilidad espacial de las propiedades químicas ................................................ 246
5.3.2.1 Profundidad de muestreo 0-20 cm (Mehlich-3) ................................................. 246
5.2.2.2 Profundidad de muestreo 0-20 cm (DTPA) ..................................................... 252
5.2.2.3 Profundidad de muestreo >20 cm (Mehlich-3) ................................................. 254
5.2.2.4 Profundidad de muestreo >20 cm (DTPA) ...................................................... 260
5.2.2.5 Horizonte A (Mehlich-3) .............................................................................. 265
5.2.2.6 Horizonte A (DTPA) ................................................................................... 270
5.4 CONCLUSIONES .............................................................................................. 273
CAPITULO 6 CONCLUSIONES GENERALES ........................................................ 275
SUGERENCIAS PARA FUTUROS TRABAJOS ......................................................... 279
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 281
II
-RESUMEN-
La sostenibilidad de la productividad agrícola y forestal depende de las propiedades y la
buena calidad del suelo. La variabilidad de las propiedades del suelo es de interés, puesto que
realizando un manejo localizado se favorece la reducción de costes de producción, aprovechándose
mejor las materias primas y el uso de la maquinaria agrícola. La agricultura de precisión busca, mediante
técnicas de aplicación localizada de fertilizantes, fitosanitarios y nuevos métodos de medida de las
propiedades de los suelos, un mayor rendimiento económico de la zona cultivada así como un
menor impacto ambiental. Esta tesis doctoral tiene como objetivo estudiar la variabilidad estadística
y espacial de las propiedades generales del suelo y de los elementos extraídos en una parcela
representativa de la Comarca de Terra Chá (creándose además mapas de variabilidad espacial de los
mismos). Además, se estudian las posibles relaciones entre la conductividad eléctrica aparente (CE)
a
del suelo, las propiedades generales y los elementos extraídos. Se relacionan tanto las propiedades
generales como los elementos extraídos con la conductividad eléctrica aparente (CE ) del suelo
a
(horizontal y vertical). La toma de muestras se realizó una vez obtenida la red de muestreo
optimizado en función de las medidas de CE. Se obtuvieron 80 puntos de muestreo a profundidad
a
0 a 20 cm y >20 cm en el Horizonte A. En estos puntos se muestrearon las siguientes propiedades
generales: MO, pH, Ca, P, Mg, K, Al, H+Al, SB, CIC, V, arcilla, limo y arena. Los elementos
fueron extraídos en esos puntos mediante dos métodos, con Mehlich-3 (Ca, P, K, Fe, Mn, Zn, Cu,
Cd, Cr, Ni y Pb) y con DTPA (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Cr, Ni y Pb). Las propiedades generales, en
cuanto sus coeficientes de variación, se ordenan de la siguiente forma:
pH<CEH<CIC<MO<H+Al<CEV<SB<K<Ca<V<Al<Mg; los elementos obtenidos mediante
a a
Mehlich-3: Fe<Ni<Cr<Cu<Cd<Pb<K<P<Ca<Zn<Mn y para la extracción por DTPA:
Cd<Ni<Fe<Cu<Pb<Mn<Zn<Cr. La CEH presenta correlaciones lineales altamente significativas
a
con la MO (negativa), arcilla, arena (negativa), P y Ni y la CEV las tiene con la MO
Mehlich-3 DTPA a
(negativa), Ca, P, SB, arcilla, arena (negativa), Fe , Cd , Ni , Pb , Cd , Ni y
DTPA DTPA DTPA DTPA Mehlich-3 Mehlich-3
Pb . La dependencia espacial de la CEH y CEV es fuerte en ambos casos ajustándose al
Mehlich-3 a a
modelo esférico de semivariograma. De las propiedades generales 10 de 14 presentan dependencia
III
espacial (cinco modelos esféricos y cinco exponenciales) siendo fuerte para MO, pH, P, arcilla y
arena. De los elementos extraídos por Mehlich-3 presentan dependencia espacial 10 de 11 (8
modelos exponenciales y 2 esféricos) siendo fuerte la dependencia para K, Cd, Fe, P, Pb, Cr, Cu y
Mn. De los elementos extraídos por DTPA cuatro de ocho presentan dependencia espacial (tres
modelos Exponenciales y uno Gaussiano) siendo ésta fuerte en el caso del Mn y el Fe.

IV