Universidad Politcnica de MadridEscuela Tcnica Superior de Ingenieros Agrnomos

Departamento de Produccin Vegetal. Fitotecnia

Relaciones aire-agua en sustratos de cultivocomo base para el control del riego.

Metodologa de laboratorio y modelizacin

Memoria presentada porValentn Ters Terspara optar al grado deDoctor Ingeniero AgrnomoMadrid, julio de 2001

UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRNOMOS

NEKAZARITZAETA ARRANTZA SAILA

DEPARTAMENTO DEAGRICULTURA Y PESCA

Eusko Jaurlaritzaren Argitalpen Zerbitzu Nagusia

Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco

Vitoria-Gasteiz, 2002

RELACIONES AIRE-AGUA EN SUSTRATOS DE CULTIVOCOMO BASE PARA EL CONTROL DE RIEGO.

METODOLOGA DE LABORATORIO Y MODELIZACIN

Memoria presentada por D. Valentn Ters Terspara optar al grado de Doctor Ingeniero Agrnomo

Madrid, julio de 2001

TESIS DOCTORALESN 43

TERES TERES, ValentnRelaciones aire-agua en sustratos de cultivo como base para el control del riego : metodologa de

laboratorio y modelizacin / memoria presentada por Valentn Ters Ters... - Vitoria-Gasteiz : EuskoJaurlaritzaren Argitalpen Zerbitzu Nagusia = Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco,2002. - 483 or. : graf. ; 30 cm. - (Tesis Doctorales / Eusko Jaurlaritza. Nekazaritza eta Arrantza Saila= Gobierno Vasco. Departamento de Agricultura y Pesca ; N. 43)Nekazaritzako injineru doktore-gradua lortzeko aurkezturiko lanaMadrilgo Unibertsitate Politeknikoa. Nekazaritzako Injineruko Goi Mailako Eskola Teknikoa.Landare Ekoizpen Departamentua Bibliog. : 471-483 or.L. G.: BI 627-2002. - ISBN: 84-457-1809-61. Labore hidroponikoak - Doktorego-tesiak 2. Lur gabeko laboreak - Ureztaketa-kontrola -Doktorego-tesiak 3. Substratuko laboreak - Ureztaketa-kontrola I. Euskadi. Eusko JaurlaritzarenArgitalpen Zerbitzu Nagusia II. Euskadi. Nekazaritza eta Arrantza Saila III. Izenburua IV. Seriea631.589.21. Cultivos hidropnicos - Tesis doctorales 2. Cultivos sin suelo - Control de riego - Tesis doctora-les 3. Cultivos en sustrato - Control de riego

Edicin: 1. Marzo 2002

Administracin de la Comunidad Autnoma del Pas VascoDepartamento de Agricultura y Pesca

Internet: www.euskadi.net

Edita: Servicio Central de Publicaciones del Gobierno VascoDuque de Wellington, 2 - 01010 Vitoria-Gasteiz

Impresin: Lankopi, S.A.Coln de Larreategui, 16 - 48001 Bilbao

ISBN: 84-457-1809-6

D.L.: BI-627-02

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AGRADECIMIENTOS

De bien nacidos es ser agradecidos. Son muchas las personas a las que tengo queagradecer su trabajo, colaboracin y dedicacin, sin las cuales no hubiera sido posible laelaboracin de esta tesis. La extensin de este apartado limita la lista explcita. La lista implcitaes mucho ms extensa, y todos sabis que contis con mi ms sincero agradecimiento.

A Manuel Abad Manolo-, adems de director de tesis, mi primer contacto con elmundo de los sustratos.

A Eduardo Sanz de la Maza, tambin director, y a Mikel Lezaun, que han hecho quevuelva a disfrutar del, para m, siempre apasionante mundo de las matemticas. A Gloria Prez,que nos ha aclarado no pocos conceptos estadsticos.

A Jos Ramn Lissarrague, tutor compaero y sobre todo amigo.

A Martn Mancho, Ana del Barrio, Hugo Maca, Javi Elorrieta, Jos Landeta y AgustnLandeta, compaeros de alegras y sinsabores durante todo el desarrollo de los trabajosexperimentales de esta tesis. A Emilio Cuesta, amigo y compaero, y que junto a Jos Landeta ymi padre, nos contemplan desde su lugar privilegiado.

A todos y todas, que no han sido pocas, los que han dedicado gran parte de su trabajo, enel Servicio de Investigacin y Mejora Agraria del Gobierno Vasco, a esta tesis: Vernica, Marta,Matere, Aitor y Anabel, los alumnos de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Agrnomosde la Universidad Pblica de Navarra y de la Facultad de Ciencias de la Universidad del PasVasco -que han desarrollado trabajos fin de carrera estrechamente relacionados con esta tesis-, alos becarios del departamento de Agricultura del Gobierno Vasco.

A Julio Muro de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Agrnomos de laUniversidad Pblica de Navarra, director de muchos de los trabajos fin de carrera mencionados.

A todos los compaeros del Servicio de Investigacin y Mejora Agraria (SIMA) delGobierno Vasco, Margari, Carmen, Natxo, Ana A., Arsenio, Iaki, Yoli, Marta, Gerardo,Merche, Mirian, Carlos, JoseAn, Luis O., Marivi, Lorenzo, Ramn, Ana G., Lus C., Juan, JosAngel, Tere, y un largo etctera, a los que he incordiado continuamente para que me echaran unamano.

A Gloria Osacar y Ester Bacaicoa, bibliotecarias del Departamento de Agricultura, quehan hecho autnticas maravillas para poder conseguir las separatas.

Es justo hacer constar mi agradecimiento a D. Jos Mara Ceberio y a D. Luis JavierTellera, directores de Investigacin del Departamento de Agricultura y Pesca del GobiernoVasco. A los directores de SIMA, Mercedes Kobeaga, Pedro Guerrero, y muy especialmente aGoyo Alonso, en cuya etapa de director del SIMA se desarrollo el grueso de la parteexperimental.

A Xavier Martnez, Silvia Burs, Alberto Masaguer, Jon Zabaleta, Pepe Ordovs,Carmen Ortega, y todos los compaeros del Grupo de Sustratos de la SECH, muy especialmentea Maite Aguado, que adems es compaera, desde los tiempos gloriosos, y buena amiga.

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A los compaeros del Laboratorio Agrario de Fraisoro, Javier Ansorena, DomingoMerino y Eugenio Batalla, y a Patricia Noguera de la ETSI Agrnomos de Valencia, cuyacolaboracin ha sido de gran utilidad.

No puedo terminar sin un recuerdo muy especial para quien fue m primer Maestro, D.Roberto Sanz de Galdeano. Quiero personificar en l mi agradecimiento a todos los maestros yprofesores que han hecho posible que llegue hasta aqu.

Muchas gracias a todos.

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Un elefante que se exhiba por lasciudades y los pueblos qued alojado en elestablo de un lugar donde nadie haba vistojams a un animal de su especie. Cuatrocuriosos, enterados de la existencia de aquellamaravilla, pretendieron verla antes que losdems. Pero ocurri que en el establo no habaluz y su investigacin tuvo que realizarse en laoscuridad.

Al palparle la trompa, uno de ellos sedijo que el animal deba de ser parecido a unamanguera. El segundo, tocndole una oreja,lleg a la conclusin de que se asemejaba a unabanico. El tercero, al dar con una pata, localific de columna viviente. El cuarto le pusouna mano en el lomo y asegur que era unaespecie de trono. Ninguno pudo formar laimagen completa; y la parte que cada uno tocsolo pudieron expresarla mediante referencia acosas que ya conocan. El resultado fue unaconfusin total. Cada cual quera tener razn, ycuando lo contaron a los dems, nadie pudosaber qu era lo que en realidad habanexperimentado los investigadores.

Relato Sufi tradicionalLos SufisIdries Shah.

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A Eladio y Ramira, mis padresA Begotxu, mi mujerA Jon y Goizalde, mis hijosEs necesario decir por qu?

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PUBLICACIONES DERIVADAS DE LA TESISDOCTORAL

1 ARTCULOSArrieta V, Ters V, 1993. Programa de investigacin en sustratos de cultivo. Departamento de

Produccin Vegetal. Resultados de Investigacin 1992. Servicio Central dePublicaciones del Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 48:281-301 (A). ISBN 84-457-0262-9

Arrieta V, Ters V, 1993. Posibilidades de aprovechamiento de la corteza de pino (Pinusradiata) como sustrato de cultivo. Resultados preliminares. Actualidad Forestal deGalicia. Suplemento de la revista El Campo del BBV. n 127-130:8-14 (A)

Arrieta V, Ters V, 1994. Escoria cristalizada de Horno Alto como sustrato de cultivo. ServicioCentral de Publicaciones del Gobierno Vasco. Informes Tcnicos n 57 51p (R). ISBN84-457-0424-9

Arrieta V, Ters V, 1994. Utilizacin de diversos materiales como sustrato para cultivo encontenedor de Pelargonium. Departamento de Produccin Vegetal. ResultadosInvestigacin 1993. Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. InformesTcnicos n 59(2):411-416 (A). ISBN 84-457-0456-7

Ters V, Arrieta V, Batiz J, Aparicio L, 1994. Utilizacin de tensimetros como sensores deriego para sustratos. Departamento de Produccin Vegetal. Resultados Investigacin1993. Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. Informes Tcnicos n59(2):417-424 (A). ISBN 84-457-0456-7

Ters V, Arrieta V, Ritter E, Lucas M, Sanchez J, 1994. Metodologa para la caracterizacin desustratos de cultivo: medida de la densidad real. Departamento de Produccin Vegetal.Resultados Investigacin 1993. Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco.Informes Tcnicos n 59(2):425-432 (A). ISBN 84-457-0456-7

Ters V, Arrieta V, Rozas M, 1994. Control de riego en sustratos de cultivo mediante el uso detensimetros. Sustrai, Revista Agropesquera n 35:36-39. (A)

Ters V, Arrieta V, Sanchez J, Lucas M, Ritter E, 1995. Evaluacin de la densidad real desustratos de cultivo por el mtodo de inmersin. (A). Investigacin Agraria SerieProduccin y Proteccin Vegetales Vol 10 (2): 231-244

Ters V, Arrieta V, 1995. Metodologa para la evaluacin del volumen de aire en sustratos.Departamento de Produccin Vegetal. Resultados Investigacin 1994. Servicio Centralde Publicaciones del Gobierno Vasco. Informes Tcnicos n 63(2):63-70 (A). ISBN 84-457-0584-9

Ters V, Aretxaga Lm, 1995. Medida de la humedad en sustratos de cultivos. Departamento deProduccin Vegetal. Resultados Investigacin 1994. Servicio Central de Publicacionesdel Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 63(2):71-83 (A). ISBN 84-457-0584-9

Rozas M, Ters V, Uriarte A, 1995. Ensayo comparativo de diferentes sustratos en Hydrangeamacrofilla (Hortensia). Departamento de Produccin Vegetal. Resultados Investigacin1994. Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n63(2):85-91 (A). ISBN 84-457-0584-9

Ters V, Domingo M, Artetxe A, Beunza A I, 1996. Medida de la densidad real en sustratos decultivo. Departamento de Produccin Vegetal. Resultados Investigacin 1995 (II).

Pg. viii V. Ters

Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 72 (2):79-88 (A). ISBN: 84-457-1061-3

Ters V, Artetxe A, Beunza A I, Ansorena J, Batalla E, 1996. Medida de la curva de retencinde agua en sustratos de cultivo. Departamento de Produccin Vegetal. ResultadosInvestigacin 1995 (II). Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. InfomesTcnicos n 72 (2):89-97 (A). ISBN: 84-457-1061-3

Artetxe A, Ters V. 1996. Diseo de picnmetro de gas de doble cmara para la medida devolmenes en sustratos de cultivo. Departamento de Produccin Vegetal. ResultadosInvestigacin 1995 (II). Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. InfomesTcnicos n 72 (2):99-108 (A). ISBN: 84-457-1061-3

Ters V, Beunza A I, Artetxe A, 1996. Riego en sustratos. Departamento de ProduccinVegetal. Resultados Investigacin 1995 (II). Servicio Central de Publicaciones delGobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 72 (2):65-78 (A). ISBN: 84-457-1061-3

Ters V, Beunza A I, Artetxe A, Blzquez E, 1996. Ensayo comparativo de diferentes sustratosen Hydrangea Macrophylla (Hortensia). Departamento de Produccin Vegetal.Resultados Investigacin 1995 (II). Servicio Central de Publicaciones del GobiernoVasco. Infomes Tcnicos n 72 (2):129-133 (A). ISBN: 84-457-1061-3

Zabala A, Ters V, 1996. Utilizacin de lodos de depuradora como sustratos de cultivo.Departamento de Produccin Vegetal. Resultados Investigacin 1995 (II). ServicioCentral de Publicaciones del Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 72 (2):109-128 (A).ISBN: 84-457-1061-3

Ters V, Beunza A I, Artetxe A, 1996. Ensayo comparativo de sustratos en Cupressocyparisleylandii (ciclo largo) 1995-1997. Departamento de Produccin Vegetal. ResultadosInvestigacin 1995 (II). Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. InfomesTcnicos n 72 (2):135-136 (A). ISBN: 84-457-1061-3

Ters V, Beunza A I, Artetxe A, 1997. Riego en sustratos (A). Hortultura: Revista dehortalizas, flores, plantas ornamentales y vivero. N 120 Abril 1997. p. 49-52.

Ters V, Artetxe A, Beunza A I, 1997. Caracterizacin fsica de los sustratos de cultivo (A).Horticultura: Revista de hortalizas, flores, plantas ornamentales y vivero. N 125Diciembre 1997. p. 38-41.

Bernal J, Ters V, Beunza A, Artetxe A, 1998. Utilizacin de la corteza de pino como sustratode cultivo. Departamento de Produccin Vegetal. Resultados Investigacin 1996 (II).Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 79(2):71-77 (A). ISBN: 84-457-1158-X

Llona I, Ters V, Beunza A, Artetxe A, 1998. Ensayo de diferentes sustrato en cultivo deCyclamen. Departamento de Produccin Vegetal. Resultados Investigacin 1996 (II).Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 79(2):79-84 (A). ISBN: 84-457-1158-X

Ters V, Beunza A, Artetxe A, 1998. Saturacin de sustratos mediante aplicacin de vaco.Departamento de Produccin Vegetal. Resultados Investigacin 1996 (II). ServicioCentral de Publicaciones del Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 79 (2):95-103 (A).ISBN: 84-457-1158-X

Artetxe A, Beunza A I, Ters V, 1998. Subirrigacin de cultivos en sustratos (A). Horticultura:Revista de hortalizas, flores, plantas ornamentales y vivero. N 127 Marzo 1998. p. 38-40.

Ters V, Artetxe A, Beunza A I, 2000. Lapton control de riego en sustratos de cultivo. AgrcolaVergel N 219 Marzo 2000. P 200-206.

Ters V, 2000. Riego en sustratos de cultivo (A). Horticultura: Revista de hortalizas, flores,plantas ornamentales y vivero. N 147 septiembre 2000. p. 16-30.

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2 COMUNICACIONES A CONGRESOS

Arrieta V, Ters V, Olabarria I, Esnaola I, 1992. Relacin entre granulometra y algunaspropiedades fsicas de la corteza de pino (Pinus insignis). I Reunin Cientfica sobreAprovechamiento Agrcola y Forestal de Residuos Industriales de Carcter Orgnico.Universidad de Valladolid, Escuela Politcnica Agraria de Palencia. (A)

Arrieta V, Ters V, Esnaola I, Olabarria I, 1992. Utilizacin de la corteza de pino (Pinusinsignis) como sustrato para cultivo de Pelargonium. I Reunin Cientfica sobreAprovechamiento Agrcola y Forestal de Residuos Industriales de Carcter Orgnico.Universidad de Valladolid, Escuela Politcnica Agraria de Palencia. (A)

Arrieta V, Ters V, Domingo M, 1992. Utilizacin de la corteza de pino (Pinus insignis) Comosustrato de cultivo. Reunin Ibrica Grupo de Sustratos de Cultivo. Servicio Central dePublicaciones del Gobierno Vasco. Informes Tcnicos n 46:43-45 (A). ISBN 84-457-0175-4

Ters V, Arrieta V, Olabarria I, Esnaola I, 1993. Comparacin de mtodos para medida dedensidad real en corteza de pino de diferentes granulometras. II Congreso Ibrico deCiencias Hortcolas. Zaragoza. Actas de Horticultura. 10:1152-1156. (A)

Arrieta V, Ters V, 1993. Caracterizacin fsica de mezclas de sustratos a base de escoriacristalizada de horno alto, corteza de pino y turba. I Jornadas de Sustratos de laS.E.C.H., celebradas en Villaviciosa en 1992. Actas de Horticultura. 11:77-82. (A)

Arrieta V, Ters V, 1993. Caracterizacin fsica y qumica, y manejo agronmico de la cortezade pino (Pinus radiata) como sustrato de cultivo. I Congreso Forestal Espaol.Pontevedra. Tomo II:227-232. (A)

Ters V, Arrieta V, Rozas M, 1995. A method for evaluation of air volumes in substrates. (A).Acta Horticulturae 401: Growing Media & Plant Nutrition, p. 41-48. ISBN90-6605-847-1

Ters V, Artetxe A, Beunza A I, 1995. Relaciones Agua-Aire en sustratos de cultivo. Avancesen la investigacin en Zona no Saturada. De.: Servicio Central de Publicaciones delGobierno Vasco: 365-407 (A). ISBN 84-457-0635-7.

Ters V, Artetxe V, Beunza A I, 1996. Caracterizacin fsica de sustratos. XIV CongresoNacional de Riegos p. 48-56. ISBN 84-87564-54-2

Beunza A I, Ters V, Artetxe V, Artxaga L M, 1996. Medida de la humedad en sustratos decultivo. XIV Congreso Nacional de Riegos p. 132-140. ISBN 84-87564-54-2.

Ters V, Beunza A I, Artetxe A, 1997. Substrate saturation by vacuum aplication (A). ActaHorticulturae 450: Growing Media & Plant Nutrition in Horticulture p. 381-388. ISBN90-6605-988-5

Ters V, 1998. Utilizacin de la corteza de pino como sustrato en horticultura. Jornadas sobreutilizacin de residuos agrarios, urbanos y escorias de siderurgia en agricultura.Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. Infomes Tcnicos n 81: 131-141 (A). ISBN 84-457-1265-9

Ters V, Sainz De La Maza E, Lezaun M, Beunza A, Artetxe A, Zabala A, 1998.Caracterizacin fsica de distintos sustratos en base a compost de lodo de depuradora. ICongreso Ibrico y III Nacional de fertirrigacin. Murcia. Actas de Horticultura.19(1):338-348. (A). ISBN 84-87440-24-X.

Ters V, Artetxe A, Beunza A I, Cerveto R, Majada J, 2000. Irrigation control on substrateswith the laptometron. International Symposium on Protected Cultivation in MildWinter Climates: Current trends for Sustainable Technologies. Cartagena (Spain) 7-11march 2000 (en prensa)

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Ters V, Artetxe A, Sainz De La Maza E, Beunza A I, Lezaun M 2000. Physical properties ofthe substrates. International Symposium on Protected Cultivation in Mild WinterClimates: Current trends for Sustainable Technologies. Cartagena (Spain) 7-11 march2000 (en prensa)

Ters V, 2000. Riego en sustratos de cultivo (A). Horticultura: Revista de hortalizas, flores,plantas ornamentales y vivero. N 147 septiembre 2000. p. 16-30.

Ters V, Abad M, Sainz de la Maza E, Lezaun M. 2001. Modelo logartmico normal dedistribucin de tamao de poro en sustratos de cultivo. IV Congreso Ibrico de CienciasHortcolas. Cceres 7-11 mayo de 2001. Actas de Horticulura (en prensa).

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RESUMEN

La sustitucin del suelo agrcola por un sustrato de cultivo reduce considerablemente lacapacidad tampn del medio en el que se desarrollan las races. Esto presenta la ventaja defacilitar el control del cultivo, y el inconveniente de hacerlo ms vulnerable a la incidencia defactores no controlados. El conocimiento preciso de las propiedades fsicas del sustrato, juntocon el manejo del agua de riego, proporcionan las herramientas adecuadas para potenciar elcontrol del cultivo mediante el control de las relaciones aire-agua, y para minimizar lasrepercusiones negativas derivadas de la incidencia inevitable de factores no controlados.

El estudio de las propiedades fsicas de los sustratos se plantea como un modelo decultivo, que a su vez consta de dos submodelos. El primero relaciona las variables medidas enlaboratorio con las condiciones fsicas creadas en el entorno radicular. El segundo relacionaestas condiciones fsicas con la respuesta del cultivo. En este trabajo se aborda el primero deestos dos submodelos.

El valor predictivo de un modelo es tanto mayor cuanto mayor sea la fiabilidad de lasmediciones efectuadas, y cuanto ms fiable sea el modelo de simulacin empleado.

La obtencin de medidas fiables requiere el empleo de una metodologa adecuada a lascaractersticas del material sometido a anlisis. Se han analizado cuatro metodologas delaboratorio: la descrita por De Boodt y colaboradores, el Mtodo de Referencia de laInternational Society for Horticultural Science (ISHS), la metodologa aplicada por elAgricultural Devepment and Advisory Service (ADAS) del Reino Unido, y la aplicada por elLaboratorio de Horticultura de la Universidad del Estado de Carolina del Norte. A partir de esteanlisis, se han planteado algunas modificaciones, y se han hecho nuevas propuestas. Lasmediciones de laboratorio deben informar sobre su fiabilidad, es decir, sobre la exactitud y laprecisin. Todas las metodologas empleadas hasta el momento informan adecuadamente sobrela precisin, pero ninguna lo hace sobre la exactitud. La picnometra de gases proporciona unadeterminacin independiente del volumen ocupado por aire, y constituye una va de solucin aeste problema. La saturacin de las muestras por vaco, y la aplicacin del principio deArqumedes para evaluar el volumen ocupado por el material slido, constituyen unasalternativas adecuadas al estudio de las variables relacionadas con la disponibilidad de aire yagua para el sistema radicular de la planta. El desarrollo metodolgico se completa con unestudio del origen y la magnitud de los errores de medida en la metodologa de laboratorio.

Para la simulacin del comportamiento hdrico del sustrato se plantea un modelologartmico normal, basado en la hiptesis de la distribucin normal del logaritmo del dimetrode poro. La ley de capilaridad de Jurin relaciona la distribucin del tamao de poro con ladistribucin de aire y agua. El modelo se completa con dos parmetros de modulacin. Seobtiene -de esta forma- un modelo totalmente conceptual, definido por cuatro parmetros: media,desviacin estndar, desplazamiento y escalado, correspondiendo cada uno de ellos a unavariable fsica concreta. El comportamiento de este modelo se compara con otros modelos -tantoexperimentales (polinomios de tercer grado) como semi-experimentales (Van Genuchten)-empleados en la bibliografa para describir la curva de retencin de agua.

Tanto en el desarrollo de la metodologa de laboratorio como en el estudio del modelo seha empleado una gama de sustratos de caractersticas muy diferentes naturales y sintticos,

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orgnicos y minerales, granulares y fibrosos, con mayor o menor porcentaje de porosidadinterna, etc-, que proporcionan informacin sobre la fiabilidad de la metodologa y del modelo encondiciones muy diversas.

Las variantes metodolgicas introducidas saturacin por vaco y determinacin devolmenes por inmersin- proporcionan medidas ms ajustadas de las variables, para informarsobre la disponibilidad de aire y agua en el medio poroso.

La prdida de sustrato durante la saturacin representa, en algunos sustratos, unaimportante fuente de error. El factor que ms influye en esta prdida es la propia naturaleza delsustrato. La incidencia del tipo de cierre del contenedor portamuestras y del mtodo desaturacin es mnima. Se han ensayado distintas variantes de la rutina de laboratorio, que hanpermitido establecer una metodologa con una incidencia escasa de errores de medida.

Se ha planteado la picnometra de gases como mtodo alternativo para obtener unamedida independiente del volumen ocupado por aire en la muestra de sustrato tensionada. Se haconseguido un control elevado del proceso de medida, pero, sin embargo, es necesario modificarla metodologa, ya que la magnitud del error experimental se encuentra en el lmite del intervaloadmisible.

El modelo logartmico normal se ha comparado con el modelo de Van Genuchten, y condos modelos polinmicos. El resultado es claramente ventajoso para el modelo propuesto. Sucarcter conceptual le proporciona mayor capacidad de simulacin que el modelo de VanGenuchten. El ajuste de los modelos polinmicos es claramente inferior a los otros dos.

En el anlisis de sensibilidad se ha estudiado la incidencia de los errores de estima de losparmetros del modelo en el valor calculado por el mismo. El valor de la media de ladistribucin normal incide en el valor de la tensin a la que se produce el error mximo, pero noen su magnitud. La magnitud del error es tanto mayor cuanto menor es el valor de la desviacinestndar de esta distribucin. La magnitud del error es funcin, adems, de la magnitud de loserrores de la media () y de la desviacin estndar ().

Finalmente, se ha estudiado la incidencia de los errores de medida. La falta de valores dereferencia absolutos y relativos, limita la posibilidad de conocer la exactitud de las medicionesefectuadas. En esta situacin, el estudio comparativo de los residuos, y de sus valores absolutos,proporciona una estimacin de la incidencia relativa de errores sistemticos (exactitud) y deerrores aleatorios (precisin). La precisin muestra variaciones importantes de unos sustratos aotros. Respecto a las tensiones, la mayor variabilidad se presenta a valores bajos (de 0 a 30 cmde columna de agua), disminuyendo considerablemente para valores ms elevados (50 a 100 cmde columna de agua).

La variabilidad de las medidas tiene una componente debida a la heterogeneidad delsustrato y otra, a los propios errores de medida. Las metodologas aplicadas no discriminan estasdos componentes. La magnitud de la primera tiene una fuerte incidencia en el manejo del riego,por lo que es importante desarrollar rutinas metodolgicas que permitan su evaluacin.

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SUMMARY

Replacing agricultural land for a culture substratum noticeably reduces the buffercapacity of the environment where roots develop. This measure has the advantage of facilitatingculture control, and the disadvantage of making it more vulnerable to the incidence ofuncontrolled factors. A precise knowledge of the substratums physical properties, together withthe handling of irrigation water, provide the appropriate tools both to promote culture controlthrough the control of air-water ratio, and to minimise negative effects derived from theinevitable incidence of uncontrolled factors.

The study of the substratums physical properties presents itself as a culture model,which consists, in turn, of two submodels. The first connects the variables measured in thelaboratory to the physical conditions created in the root environment. The second connects theseconditions to their effect on the culture. This dissertation focuses on the first of these submodels.

The higher the reliability of the measures taken and of the simulation model, the higherthe models predictive value. In order to obtain reliable measures, a methodology suitable for thecharacteristics of the analysed material is required. Four laboratory methodologies have beenanalysed: the one described by De Boodt and collaborators, the Reference Method from theInternational Society for Horticultural Science (ISHS), the methodology applied by theAgricultural Development and Advisory Service (ADAS) in the United Kingdom, and the oneapplied by the Horticulture Laboratory at the North Carolina State University. The analysis ofthese has given rise to several modifications and new proposals. The measures obtained in thelaboratory have to provide information about their reliability; that is, about their exactness andtheir precision. All the methodologies used to the present give accurate information aboutprecision, but they fail to provide the same type of information about exactness. Gas pycnometryoffers an independent determination of the volume of air, and constitutes a means of solving thisproblem. Sample saturation by vacuum, and the application of Archimedes principle to evaluatethe solid materials volume constitute more appropriate alternatives to the study of the variablesrelated to air and water availability for the plants radicular system. The methodologicaldevelopment is completed with the study of the origin and magnitude of measurement errors inthe laboratorys methodology.

In the simulation of the substratums hydric behaviour, a normal logarithmic modelarises, based on the hypothesis of the logarithmic normal distribution of the pores diameter.Jurins Law of Capillarity connects the pores size distribution to air and water distribution. Twomodulation parameters complete the model. A fully conceptual model is thus obtained, definedby four parameters: measurement, standard deviation, displacement, and scaling. Each parametercorresponds to a specific physical variable. This model is analysed in comparison withexperimental models (third grade polynomial), as well as with semi-experimental models (VanGenuchten), used in the bibliography to describe the water retention curve.

In order to obtain information on the methodologys and the models reliability in verydiverse conditions, a wide range of substrata of very different characteristics has been used, bothin the development of laboratory methodology, and in the study of the model: natural andsynthetic, organic and mineral, granular and fibrous, with a higher or lower percentage ofinternal porosity, etc.

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The methodological variables included saturation through vacuum, and volumedetermination through immersion provide better-adjusted variable measurements, in order togive information about air and water availability in the porous environment.

Loss of substratum during saturation represents, in several substrata, an important causeof error. The most influential factor in this loss is the substratums own nature. The incidence ofthe sample-carrying containers lock type, and of the saturation method is minimal. The differentlaboratory routine variants tried have established a methodology that bears a low incidence ofmeasurement errors.

Gas pycnometry has been considered as an alternative method, in order to obtain anindependent measurement of the air volume in the tensed substratum sample. A high measuringprocess control has resulted from this method, although it still needs modification, because theexperimental errors magnitude reaches the admissible interval limit.

The normal logarithmic model has been compared to Van Genuchtens model and to twoother polinomic models. The result clearly favours the proposed model. Its conceptual charactergives it a better simulation capacity than Van Genuchtens model. The polynomic modelsadjustment proves clearly inferior to the other two.

The sensitivity analysis includes a study of the incidence of estimate errors of the modelparameters in the value calculated by the model itself. The value of the normal distributionmeasurement influences the value of pressure at maximum error level, but it does not influencethis pressures magnitude. The errors magnitude increases when the standard deviation value ofthis distribution is lower. The errors magnitude is also function of the magnitude ofmeasurement errors (), and of the standard deviation ().

Finally, the incidence of measurement errors has been studied. The lack of absolute andrelative reference values reduces the possibility of knowing the exactness of the measures taken.Under these circumstances, the comparative analysis of residues, as well as of their absolutevalues, provides an estimation of the relative incidence of systematic errors (exactness), and ofrandom errors (precision). Precision shows important variations among substrata. Regardingtensions, the greatest variability appears at low values (0-30 cm-water column), noticeablydiminishing at higher values (50-100 cm-water column).

Measurements variability is due in part to the substratums heterogeneity, in part to themeasurement errors themselves. The methodologies applied do not differentiate between thesetwo components. The magnitude of the first has a strong incidence in the use of irrigation. Forthis reason, it is important to develop methodological routines that allow for their evaluation.

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RSUM

Le remplacement dun sol agricole par un substrat de culture rduit considrablement lacapacit tampon du milieu dans lequel poussent les racines. Ceci prsente lavantage de faciliterle contrle de la culture et linconvnient de la rendre plus vulnrable lincidence de facteursnon-contrls. La connaissance prcise des proprits physiques du substrat ainsi que la conduitede lirrigation fournissent les outils appropis afin de favoriser la conduite de la culture grce aucontrle du rapport air-eau et pour minimiser les consquences ngatives drives de lincidenceinvitable de facteurs non-contrls.

Ltude des proprits physiques des substrats est prsente comme un modle de culturecompos de deux sous-modles. Le premier met en rapport les variables mesures au laboratoireavec les conditions physiques cres dans lenvironnement radiculaire. Le deuxime met enrapport ces conditions physiques avec la rponse de la culture. Dans ce travail, nous abordons lepremier de ces deux sous-modles.

La valeur de prdiction dun modle augmente en fonction de la fiabilit des mesureseffectues et du modle de simulation utilis.

Lobtention de mesures fiables exige lemploi dune mthodologie adquate auxcaractristiques du matriau analys. Nous avons analys quatre tchniques de laboratoire: celledcrite par De Boodt et ses collaborateurs, la mthode de rfrence prsente lInternationalSociety for Hortocultural Science (ISHS), la mhode utilise par lAgricultural Development andAdvisory Service (ADAS) du Royaume-Uni et celle employe par le Laboratoire dHorticulturede lUniversit de ltat de Caroline du Nord. partir de cette analyse, nous avons effectuquelques modifications et prsent de nouvelles propositions. Les mesures de laboratoire doiventrenseigner sur la fiabilit, cest dire, sur lexactitude et la prcision. Toutes les mthodologiesemployes jusqu prsent informent convenablement sur la prcision mais aucune ne le fait surlexactitude. La pycnomtrie des gaz fournit une dtermination indpendante du volume occuppar lair et donc prsente une possible solution ce problme. La saturation des chantillons parle vide et lemploi du principe dArchimde pour valuer le volume occup par le matriausolide sont des alternatives plus adquates ltude des variables concernant la disponibilit dairet deau pour le systme radiculaire de la plante. Le dveloppement mthodologique estcomplt par une tude de lorigine et de lamplitude des erreurs de mesure dues la mthode delaboratoire.

Pour la simulation du comportement hydrique du substrat, nous avons employ unmodle logarithmique normal, bas sur lhypothse suivant laquelle le logarithme du diamtre dupore suit une loi de distribution normale. La loi de la capillarit de Jurin met en rapport ladistribution de la taille du pore avec la distribution de lair et de leau. Pour construite le modleil a t ncessaire deffectuer un changement de rfrence, volume total versus porosit totale.Nous avons obtenu ainsi un modle totalement conceptuel, dfini par quatre paramtres:moyenne, dviation standard, dplacement et changement dchelle, correspondant chacundentre eux une variable physique concrte. Le comportement de ce modle est compar avecdautres modles - ausssi bien exprimentaux (polynmes de troisime degr) que demi-exprimentaux (Van Genuchten) - employs dans la bibliographie pour dcrire la courbe dertention deau.

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Autant pour le dveloppement de la mthodologie de laboratoire que pour ltude dumodle, nous avons utilis une gamme de substrats possdant des caractristiques trs diffrentes- naturels et synthtiques, organiques et minraux, granuls et fibreux, avec un pourcentage plusou moins lev de porosit interne,etc.-, qui fournissent des renseignements sur la fiabilit de lamthode et du modle dans des conditions trs diverses.

Les variantes mthodologiques introduites - saturation par le vide et dtermination desvolumes par immersion - nous fournissent des mesures plus exactes des variables, afin de nousinformer sur la disponibilit dair et deau dans le milieu poreux.

La perte du substrat pendant la saturation reprsente, pour certains substrats, une sourcederreur importante. Le facteur le plus important dans cette perte est la nature mme de cesubstrat. Lincidence du type de fermeture du conteneur .porte-chantillon et de la mthode desaturation est minime. Nous avons essay diffrentes variantes de la tchnique de laboratoire quinous ont permis dtablir une mthodologie avec une incidence trs faible deserreurs de mesure.

Nous avons propos la pycnomtrie des gaz comme mthode alternative pour obtenir unemesure indpendante du volume occup par lair dans un chantillon de substrat sous tension.Nous avons obtenu un contrle lev du processus de mesure, cependant, il faut encore modifierla mthodologie car lamplitude de lerreur exprimentale se trouve dans les limites delintervalle admissible.

Le modle logarithmique normal a t compar avec le modle de Van Genuchten etavec deux modles reprsents par des polynmes. Les rsultats sont clairement avantageux pourle modle propos. Son caractre conceptuel lui procure une capacit de simulation plus grandeque celle du modle de Van Genuchten. Lajustemente des modles polynmiaux est clairementinfrieur ceux des deux autres.

Dans lanalyse de sensibilit, nous avons tudi lincidence des erreurs destimation desparamtres du modle pour les valeurs estimes. La valeur de la moyenne de la distributionnormale est en rapport avec la valeur de la tension laquelle se produit lerreur maximale, maisnon avec son amplitude. Lamplitude de lerreur augmente lorsque la valeur de la dviationstandard de la distribution diminue. Lamplitude de lerreur est galement fonction delamplitude des erreurs de la moyenne () et de la dviation standard ().

Finalement, nous avons tudi lincidence des erreurs de mesure. Labsence de valeurs derfrences absolues et relatives limite la possibilit dapprocher lexactitude des mesureseffectues. tant donne cette situation, ltude comparative des rsidus et de leurs valeursabsolues fournit une estimation de lincidence relative des erreurs systmatiques (exactitude) etdes erreurs alatoires (prcision). La prcision a mis en vidence des variations importantes entrecertains substrats. En ce qui concerne les tensions, la variabilit la plus importante est apparueavec les valeurs les plus faibles (entre 0 et 30 cm de colonne deau), diminuant progressivementavec les valeurs les plus leves (de 50 100 cm de colonne deau).

La variabilit des mesures prsente une composante qui est de lhtrogneit dusubstrat et une autre de aux erreurs propres la mesure. Les mthodes appliques nediffrentient pas ces deux composantes. Lamplitude de la premire a une forte incidence dans laconduite de lirrigation, cest pourquoi il est important de dvelopper des routinesmthodologiques qui permettent son valuation.

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LABURPENA

Nekazaritzan, lurraren ordez substratua erabiltzeak, sustraiak errotzen diren guneanaldaketak sortzen ditu, eta bertako oreka mantentzeko gaitasuna nabarmen gutxitzen da. Horrela,landareen hazibidea hobeto eta errazago zaintzen da, baina, era berean, beste hainbat alderdikontrolagaitz sortzen dira. Horregatik, behar-beharrezkoa da, batetik substratuen ezaugarrifisikoak zehatz-mehatz ezagutzea, eta bestetik ur-beharrak ondo neurtzea, landareei hazibideriksendoena emateko ura eta airearen arteko erlazioa kontrolatuz. Horrela, gainera, alderdikontrolagaitzak ere asko murrizten dira.

Substratuen ezaugarri fisikoen ezagutza, landarearen hazibide-eredu bezala planteatzenda. Eredu horrek bi adar ditu. Batak, laborategian neurtutako aldagaien eta landarearen sustraiinguruan sortutako egoera fisikoaren arteko zerikusia aztertzen du. Bigarrenak, ordea, egoerafisiko horren eta landarearen hazkuntzaren artekoa. Gure lan honetan, hazibide-ereduko lehenadarra aztertzen da.

Zenbat eta handiagoa izan egindako neurketen eta erabilitako ereduaren zehaztasuna,orduan eta handiagoa izango da ereduaren eta gertakarien arteko antzekotasuna.

Neurketa zehatzak egiteko, ikergaiaren ezaugarrietara egokituko den metodologiaaukeratu behar da. Lau metodologia ezberdin aztertu dira: De Boodt eta laguntzaileena;International Society for Horticultural Sciencearen (ISHS) erreferentzi eredua; BritainiaHandiko Agricultural Development and Advisory Service-k (ADAS) erabilitakoa; eta IparKarolinako Unibertsitateko Ikerketa Sailekoena. Azterketa hau egin ondoren aldaketa batzukplanteatu dira eta proposamen berriak egin dira. Metodologia batek neurketen fidagarritasunazenbatekoa den adierazi behar du, hau da, betetik neurketen arteko zehaztasuna (doitasuna) etabestetik neurketen eta egiazko balioaren arteko zehaztasuna (zehaztasuna). Orain artekometodologiek neurketen arteko zehaztasuna edo doitasuna adierazten dute, baina ez neurketeneta egiazko balioaren arteko zehaztasunik. Gasen piknometria aireak betetzen duen bolumenaneurtzeko bide independiente bat da, eta arazo hau gainditzeko aukera bat. Bestalde, substratu-laginen hustuketa bidezko saturazioa eta Arkimederen legea erabiltzea gai solidoak betetzenduen bolumena jakiteko aukera onak dira ura eta airearen arteko erlazioan ikusi behar dutenaldagaiak ikertzeko. Iker-bidea osatzeko, laborategiko metodologian egiten diren hutsak etaneurketa-errakuntzak aztertuko dira.

Substratuak hartzen duen uraren portaera azaltzeko, eredu logaritmiko normala erabilikoda, xuloen diametroen banaketa logaritmiko normalaren hipotesian oinarritua. Jurinenkapilaritate legeak, xuloen neurri-banaketa eta aire eta ur kopuruarena elkarlotzen ditu. Eredua bimodulazio parametroren bidez osatzen da. Horrela, eredu guztiz kontzeptuala sortzen da, launeurketaren bitartez: batez bestekoa, zehardura estandarra, alborapena eta zenbatekoa; horietakobakoitza aldagai fisiko jakin bati dagokio. Eredu horren portaera, beste eredu batzuekinalderatzen da, bibliografian aipatzen diren eredu esperimentalekin (hirugarren mailakopolinomikoak) eta erdi-esperimentalekin (Van Genuchten), uraren atxikitzearen kurba neurtzeko.

Hainbat substratu erabili izan dira, bai laborategiko metodologia garatzeko, bai ereduaaztertzeko. Substratuak, denak ezaugarri ezberdinetakoak izan dira (naturalak eta sintetikoak,organikoak eta mineralak, zuntzdunak eta granularrak, barne-aroltasun gehiago edogutxiagokoak,) fidegarritasun maila zenbatekoa den jakiteko.

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Metodologian egindako aldaketek hustuketa bidezko saturazioa eta Arkimederen legea-substratuan den aire-ur erlazioa jakiteko neurri zehatzagoak eta egokiagoak emango dizkigute.

Substratu batzuetan, saturazioa egitean galera bat sortzen da eta hori errakuntza-sorburuizaten da. Galera hori, substratuaren osagaien pentzutan dago, batez ere. Lagin eroangailuarenitxidurak eta saturazioerak ez dute galera horretan ia eraginik. Laborategiko lan arruntean,azterbide ezberdinak landu dira, eta errakuntza urriko metodologia garatu da.

Substratu-lagin tentsionatuan, aireak hartzen duen bolumena bereiziturik neurtzeko,gasen piknometria erabiltzea erabaki da, neurbide alternatibo bezala. Horrela, neurketa nahikoazehatzak egin izan dira, baina oraindik ez da erabateko onarpena emateko besteko neurketa-ondorio zehatzik atera, errakuntza esperimentalen zenbatekoa dela eta.

Eredu logaritmiko arrunta Van Genuchten-en ereduarekin eta beste bi eredupolinomikorekin alderatu da. Horren emaitza, inongo zalantzarik gabe, proposaturiko ereduarenaldekoa da. Izaera kontzeptuala hartzen duenez gero, Van Genuchten-en ereduak bainosimulazio-gaitasun handiagoa dauka. Eredu polinomikoak oso atzera geratzen dira.

Sentsibilitate azterketan, ustezko errakuntzek ereduko parametroetan duten eraginaaztertu da. Banaketa normaleko bataz-bestekoak, errakuntza maximoa gertatzen denekotentsioaren zenbatekoan du eragina, eta ez errakuntzarenean. Zenbat eta txikiagoa izan zeharduraestandarra, orduan eta handiagoa izango da errakuntza. Azken honen zenbatekoa, batez-besteakdituen errakuntzaren (), eta zehardura estandardaren () eraginpean dago.

Azkenik, neurketako errakuntzen eragina aztertu da. Erreferentziazko balorerik ezdagoenez gero, ez berekikorik ez bereizikorik, egindako neurketen zehaztasuna jakitea mugatutadago. Hori horrela, hondakinen azterketa konparatiboak, eta euron berekiko baloreenak,errakuntza sistematikoen (zehaztasuna) eta errakuntza aleatorioen (doitasuna) eragin bereiziaemango digute. Errakuntza aleatorioetan (doitasunari dagokionez) gora-behera handiak izatendira substratu batzuetatik beste batzuetara. Tentsioei dagokionez, aldagarritasunik handienabeheko baloreetan ematen da (0-30 zm ur-zutabe). Goiko baloreetan, ordea, asko jaisten da (50-100 zm ur-zutabe).

Neurrien aldagarritasuna, substratuaren heterojeneitateak eragiten du batetik, etaneurketako errakuntzek bestetik. Orain arte erabilitako metodologiek, ez dituzte banatzen alderdibi horiek. Ureztatze orduan, substratuaren heterojeneitatea dela eta, oso garrantzitsua da, beraz,lan-egikera egokiak burutzea horren eragina zehazteko.

Indices

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INDICE

1 INTRODUCCIN GENERAL .................................................................................................................. 1

1.1. Sustratos ....................................................................................................................................... 31.1.1 Sustrato hortcola. Cultivo sin suelo. Conceptos ...................................................................................... 31.1.2 Importancia econmica de los cultivos sin suelo...................................................................................... 41.1.3 Materiales utilizados como sustratos o componentes de sustratos............................................................ 6

1.1.3.1 Cultivo hidropnico ........................................................................................................................... 61.1.3.2 Cultivo de planta en maceta............................................................................................................... 7

1.1.4 Criterios para la eleccin de un sustrato ................................................................................................... 81.1.5 Propiedades de los sustratos de cultivo .................................................................................................... 9

1.1.5.1 Propiedades fsicas............................................................................................................................. 91.1.5.2 Propiedades fisico-qumicas y qumicas .......................................................................................... 111.1.5.3 Propiedades biolgicas .................................................................................................................... 15

1.1.6 Clasificacin de los materiales ............................................................................................................... 161.1.6.1 Materiales Orgnicos ....................................................................................................................... 161.1.6.2 Materiales Inorgnicos (Minerales) ................................................................................................. 16

1.1.7 Nuevos materiales utilizados como sustratos o componentes de los sustratos en el cultivo sinsuelo. Materiales alternativos y/o sustitutivos....................................................................................... 17

1.1.7.1 Cultivo en sustrato de plantas ornamentales .................................................................................... 171.1.7.2 Cultivo hidropnico ......................................................................................................................... 18

1.2 Modelizacin .............................................................................................................................. 191.2.1 Introduccin ........................................................................................................................................... 191.2.2 Sistema................................................................................................................................................... 20

1.2.2.1 Definicin ........................................................................................................................................ 201.2.2.2 Lmites del sistema .......................................................................................................................... 201.2.2.3 Complejidad del sistema.................................................................................................................. 21

1.2.3 Modelos.................................................................................................................................................. 221.2.3.1 Definicin ........................................................................................................................................ 221.2.3.2 Simplificacin.................................................................................................................................. 221.2.3.3 Limitaciones en el uso de modelos .................................................................................................. 371.2.3.4 Diferencia entre valores observados y calculados............................................................................ 431.2.3.5 Factores limitantes a considerar en la aplicacin de modelos .......................................................... 46

1.3 La caracterizacin fsica de sustratos como modelo de cultivo ................................................. 491.3.1 Introduccin ........................................................................................................................................... 491.3.2 Relacin entre metodologa de laboratorio e interpretacin de los resultados........................................ 50

1.3.2.1 Modelo de cultivo ............................................................................................................................ 511.3.2.2 Metodologa de laboratorio.............................................................................................................. 52

1.3.3 Metodologas de caracterizacin fsica de sustratos de cultivo .............................................................. 521.3.4 Complejidad/simplicidad metodolgica ................................................................................................. 531.3.5 Incidencia de los factores limitantes de los modelos en las metodologas de caracterizacin fsica. ..... 54

1.3.5.1 Factor limitante 1: Variables no consideradas en la metodologa .................................................... 541.3.5.2 Factor limitante 2: Intervalos de validez del modelo ....................................................................... 551.3.5.3 Factor limitante 3: Errores de medida.............................................................................................. 56

1.3.6 Incidencia de los factores limitantes de los modelos en las medidas...................................................... 611.3.6.1 Primer factor limitante: Incidencia en la variable dependiente de procesos no considerados en

el modelo ......................................................................................................................................... 611.3.6.2 Segundo factor limitante: Intervalos de validez del modelo ............................................................ 621.3.6.3 Tercer factor limitante: Errores de medida ...................................................................................... 63

2 ANLISIS DE LAS METODOLOGAS ACTUALES .................................................................................. 65

2.1 Metodologa de De Boodt........................................................................................................... 682.1.1 Introduccin ........................................................................................................................................... 682.1.2 Desarrollo metodolgico ........................................................................................................................ 68

2.1.2.1 El sustrato segn De Boodt.............................................................................................................. 692.1.2.2 Propiedades importantes .................................................................................................................. 692.1.2.3 Caractersticas a determinar............................................................................................................. 692.1.2.4 Clasificacin del espacio poroso...................................................................................................... 70

2.1.3 Determinaciones necesarias para el estudio de la distribucin de fases ................................................. 72

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2.1.3.1 Determinacin de la densidad aparente............................................................................................ 722.1.3.2 Determinacin de la porosidad total ................................................................................................ 732.1.3.3 Distribucin de fases........................................................................................................................ 74

2.1.4 Metodologa de laboratorio .................................................................................................................... 742.1.4.1 Determinacin de la densidad aparente............................................................................................ 752.1.4.2 Determinacin de la porosidad total ................................................................................................ 752.1.4.3 Determinacin del porcentaje de humedad de la muestra de laboratorio ......................................... 762.1.4.4 Tensionado y medida del reparto volumtrico................................................................................. 76

2.1.5 Aplicacin de la teora de modelos ........................................................................................................ 772.1.5.1 Definicin del modelo ..................................................................................................................... 772.1.5.2 Factores limitantes para su aplicacin.............................................................................................. 79

2.1.6 Anlisis de sensibilidad.......................................................................................................................... 812.1.6.1 Clculo de volmenes en funcin de las medidas de laboratorio..................................................... 822.1.6.2 Incidencia de los errores de la densidad aparente ............................................................................ 842.1.6.3 Incidencia de los errores de la densidad real.................................................................................... 872.1.6.4 Incidencia de los errores del porcentaje de materia seca de la muestra de laboratorio (%S)............ 882.1.6.5 Incidencia de los errores del peso tensionado .................................................................................. 902.1.6.6 Incidencia de los errores del peso de la muestra con la humedad de la muestra de laboratorio

(Ph) 912.1.6.7 Anlisis de las expresiones de error obtenidas................................................................................. 922.1.6.8 Exactitud y precisin de las medidas indirectas obtenidas............................................................. 101

2.1.7 Recapitulacin...................................................................................................................................... 102

2.2 Metodologa de Agricultural Development and Advisory Service (ADAS) del ReinoUnido........................................................................................................................................ 106

2.2.1 Introduccin ......................................................................................................................................... 1062.2.2 Norma BS 4156:1990 Recommendations for Peat for horticultural and landscape use ....................... 1072.2.3 Desarrollo metodolgico ...................................................................................................................... 1072.2.4 Aplicacin de la teora de modelos ...................................................................................................... 107

2.2.4.1 Definicin del modelo ................................................................................................................... 1072.2.4.2 Metodologa de laboratorio............................................................................................................ 108

2.2.5 Factores limitantes para su aplicacin .................................................................................................. 1092.2.5.1 Factor limitante 1: variables no consideradas en el modelo. .......................................................... 1092.2.5.2 Factor limitante 2: Intervalos de validez del modelo. .................................................................... 1092.2.5.3 Factor limitante 3: Errores de medida............................................................................................ 109

2.3 Metodologa de referencia de la International Society for Horticultural Science ................... 1102.3.1 Origen .................................................................................................................................................. 1102.3.2 Desarrollo cronolgico......................................................................................................................... 1122.3.3 Evolucin del mtodo........................................................................................................................... 1132.3.4 Desarrollo metodolgico ...................................................................................................................... 114

2.3.4.1 Medios disponibles ........................................................................................................................ 1142.3.4.2 Objetivos........................................................................................................................................ 114

2.3.5 Aplicacin de la teora de modelos ...................................................................................................... 1152.3.5.1 Metodologa de laboratorio............................................................................................................ 1152.3.5.2 Factores limitantes para su aplicacin............................................................................................ 116

2.3.6 Anlisis de sensibilidad........................................................................................................................ 1172.3.6.1 Clculo de volmenes en funcin de las medidas de laboratorio................................................... 1182.3.6.2 Incidencia de los errores de la densidad aparente, densidad real y peso de agua ........................... 1202.3.6.3 Incidencia de los errores del peso seco .......................................................................................... 1202.3.6.4 Anlisis de las expresiones de error ............................................................................................... 1232.3.6.5 Exactitud y precisin del reparto volumtrico ............................................................................... 127

2.4 Metodologa del Laboratorio de Sustratos Hortcolas de la Universidad del Estado deCarolina del Norte (EEUU) ..................................................................................................... 129

2.4.1 Principios bsicos................................................................................................................................. 1292.4.2 Propiedades fsicas e hidrulicas .......................................................................................................... 129

2.4.2.1 Conceptos fsicos tomados de metodologas previamente desarrolladas ....................................... 1302.4.2.2 Conceptos bsicos en la metodologa de Fonteno.......................................................................... 1312.4.2.3 Modelo de variables de capacidad en equilibrio ............................................................................ 133

2.4.3 Metodologa de laboratorio .................................................................................................................. 1342.4.4 Relacin entre las propiedades del sustrato y la respuesta del cultivo.................................................. 135

2.4.4.1 Criterios a seguir............................................................................................................................ 1352.4.4.2 Desarrollo de una estructura mecanicista basada en la modelizacin ............................................ 136

2.4.5 Propuesta metodolgica (Descripcin del estatus hdrico) ................................................................... 1372.4.6 Aplicacin de la teora de modelo ........................................................................................................ 1382.4.7 Factores limitantes en la aplicacin de modelos................................................................................... 139

2.4.7.1 Factor limitante 1: Variables no consideradas en la metodologa .................................................. 139

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2.4.7.2 Factor limitante 2: Intervalos de validez del modelo ..................................................................... 1392.4.7.3 Factor limitante 3: Errores de medida............................................................................................ 139

3 DESARROLLO METODOLGICO PARA LA CARACTERIZACIN FSICA DE SUSTRATOS DE CULTIVO... 141

3.1 Introduccin ............................................................................................................................. 143

3.2 Disponibilidad de aire y agua .................................................................................................. 1443.2.1 Relacin sustrato planta .................................................................................................................... 144

3.2.1.1 Funciones del sustrato.................................................................................................................... 1443.2.1.2 Relaciones hdricas sustrato planta: Disponibilidad de agua....................................................... 145

3.2.2 Relaciones energticas ......................................................................................................................... 1463.2.2.1 Fundamentos.................................................................................................................................. 1463.2.2.2 Unidades ........................................................................................................................................ 1473.2.2.3 Componentes del potencial ............................................................................................................ 1483.2.2.4 Aplicaciones .................................................................................................................................. 150

3.2.3 Caractersticas del espacio poroso........................................................................................................ 1523.2.3.1 Dimensin de los poros.................................................................................................................. 1533.2.3.2 Forma de los poros: Accesibilidad de los poros al intercambio aire - agua ................................... 154

3.2.4 Aplicacin a la modelizacin del comportamiento hdrico del sustrato ............................................... 157

3.3 Errores de medida: Anlisis de procedimientos....................................................................... 1573.3.1 Incidencia de errores en las metodologas de laboratorio ..................................................................... 1583.3.2 Saturacin del sustrato ......................................................................................................................... 158

3.3.2.1 Mtodos de saturacin ................................................................................................................... 1593.3.2.2 Problemtica que se presenta ......................................................................................................... 160

3.3.3 Incidencia de la instrumentacin en los errores de medida .................................................................. 161

3.4 Estrategias de medida .............................................................................................................. 1613.4.1 Errores experimentales ......................................................................................................................... 161

3.4.1.1 Precisin ........................................................................................................................................ 1613.4.1.2 Exactitud........................................................................................................................................ 162

3.4.2 Alternativa propuesta ........................................................................................................................... 167

3.5 Picnometra de gases: Fundamento, diseo y desarrollo del picnmetro de gas de doblecmara para medida de volmenes en sustratos de cultivo ..................................................... 167

3.5.1 Introduccin ......................................................................................................................................... 1673.5.2 Tipos de picnmetros de gases ............................................................................................................. 168

3.5.2.1 Picnmetros de un cmara (Kummer y Cooper, 1945; Page, 1947; Vomocil 1965; Danielson ySutherland, 1986; Baver et al., 1991a)........................................................................................... 168

3.5.2.2 Picnmetro de gas de doble cmara (Bielders et al., 1990)............................................................ 1693.5.3 Caractersticas de la medida por picnometra de gases......................................................................... 170

3.5.3.1 Ventajas ......................................................................................................................................... 1703.5.3.2 Control de temperatura .................................................................................................................. 1703.5.3.3 Adsorcin de gases ........................................................................................................................ 170

3.5.4 Fundamento de la medicin de volumen en picnmetro de doble cmara ........................................... 1713.5.4.1 Seleccin del picnmetro de doble cmara .................................................................................... 1713.5.4.2 Desarrollo de las ecuaciones a aplicar para el clculo de volmenes............................................. 1723.5.4.3 Variables a medir para el clculo de volmenes en el picnmetro de gas de doble cmara........... 1743.5.4.4 Condiciones de aplicacin ............................................................................................................. 174

4 OBJETIVOS DE LA TESIS.................................................................................................................. 175

5 EXPERIMENTACIN........................................................................................................................ 179

5.1 Introduccin ............................................................................................................................. 181

5.2 Trabajo experimental: Accesibilidad ....................................................................................... 1825.2.1 Introduccin ......................................................................................................................................... 182

5.2.1.1 Antecedentes.................................................................................................................................. 1825.2.1.2 Trabajo experimental ..................................................................................................................... 182

5.2.2 Comparacin de mtodos para la determinacin de la Densidad Real (I) ............................................ 1845.2.2.1 Introduccin................................................................................................................................... 1845.2.2.2 Objetivo ......................................................................................................................................... 1845.2.2.3 Materiales y mtodos ..................................................................................................................... 1845.2.2.4 Resultados y discusin................................................................................................................... 1895.2.2.5 Conclusiones del ensayo................................................................................................................ 193

5.2.3 Comparacin de mtodos para la determinacin de la Densidad Real (II) ........................................... 193

Indices

Pg. xxii V. Ters

5.2.3.1 Introduccin................................................................................................................................... 1935.2.3.2 Objetivos........................................................................................................................................ 1945.2.3.3 Material y mtodos ........................................................................................................................ 1945.2.3.4 Resultados y discusin................................................................................................................... 1975.2.3.5 Conclusiones del ensayo................................................................................................................ 201

5.2.4 Comparacin de mtodos para la determinacin de la Densidad Real (III).......................................... 2025.2.4.1 Introduccin................................................................................................................................... 2025.2.4.2 Objetivos........................................................................................................................................ 2035.2.4.3 Materiales y mtodos ..................................................................................................................... 2035.2.4.4 Resultados y discusin................................................................................................................... 2055.2.4.5 Conclusiones del ensayo................................................................................................................ 208

5.2.5 Incidencia del vaco aplicado durante la saturacin en la densidad real. .............................................. 2095.2.5.1 Introduccin................................................................................................................................... 2095.2.5.2 Objetivos........................................................................................................................................ 2095.2.5.3 Material y mtodos ........................................................................................................................ 2095.2.5.4 Resultados y discusin................................................................................................................... 2105.2.5.5 Conclusiones del ensayo................................................................................................................ 211

5.2.6 Factores que inciden en la eficacia de la saturacin por vaco: nivel de vaco, saturacin lenta ysaturacin doble. ................................................................................................................................. 212

5.2.6.1 Introduccin................................................................................................................................... 2125.2.6.2 Objetivos........................................................................................................................................ 2125.2.6.3 Material y mtodos ........................................................................................................................ 2125.2.6.4 Resultados y discusin................................................................................................................... 2145.2.6.5 Conclusiones del ensayo................................................................................................................ 222

5.2.7 Incidencia del nivel de vaco en la eficacia de la saturacin doble por vaco....................................... 2235.2.7.1 Introduccin................................................................................................................................... 2235.2.7.2 Objetivo ......................................................................................................................................... 2235.2.7.3 Material y mtodos ........................................................................................................................ 2245.2.7.4 Resultados y discusin................................................................................................................... 2245.2.7.5 Conclusiones del ensayo................................................................................................................ 250

5.2.8 Recapitulacin...................................................................................................................................... 2515.2.8.1 Conceptos aplicados en el desarrollo metodolgico ...................................................................... 2515.2.8.2 Rutinas de laboratorio.................................................................................................................... 2525.2.8.3 Equipamiento................................................................................................................................. 253

5.3 Trabajo experimental: Errores de medida ............................................................................... 2555.3.1 Introduccin ......................................................................................................................................... 255

5.3.1.1 Antecedentes.................................................................................................................................. 2555.3.1.2 Trabajo experimental ..................................................................................................................... 255

5.3.2 Prdida de material durante la saturacin............................................................................................ 2555.3.2.1 Primer ensayo: Comparacin entre distintos tipos de cierre .......................................................... 2565.3.2.2 Segundo ensayo: Perdidas de fraccin soluble y fraccin en suspensin....................................... 2605.3.2.3 Tercer ensayo: Incidencia de la luz de malla del cierre en las prdidas de sustrato ....................... 2625.3.2.4 Cuarto ensayo: Incidencia del mtodo de saturacin en las prdidas de sustrato........................... 2655.3.2.5 Discusin general........................................................................................................................... 2695.3.2.6 Recapitulacin ............................................................................................................................... 272

5.3.3 Incidencia de la instrumentacin en los errores de medida .................................................................. 2725.3.3.1 Materiales ...................................................................................................................................... 2725.3.3.2 Mtodos ......................................................................................................................................... 2755.3.3.3 Resultados y discusin................................................................................................................... 2815.3.3.4 Discusin general........................................................................................................................... 2915.3.3.5 Magnitud de los errores ................................................................................................................. 2945.3.3.6 Recapitulacin de incidencia de la instrumentacin en los errores de medida............................... 298

5.3.4 Recapitulacin de errores de medida.................................................................................................... 299

5.4 Trabajo experimental: Estrategia de medida ........................................................................... 3015.4.1 Evaluacin del error en la medida del volumen ocupado por aire ........................................................ 301

5.4.1.1 Introduccin................................................................................................................................... 3015.4.1.2 Objetivo ......................................................................................................................................... 3025.4.1.3 Materiales y mtodos ..................................................................................................................... 3025.4.1.4 Resultados y discusin.................................................................................................................. 3055.4.1.5 Conclusiones del ensayo................................................................................................................ 309

5.4.2 Recapitulacin...................................................................................................................................... 310

5.5 Desarrollo del picnmetro de doble cmara para medicin de volmenes en sustratos decultivo ....................................................................................................................................... 311

5.5.1 Introduccin ......................................................................................................................................... 3115.5.1.1 Antecedentes.................................................................................................................................. 311

Indices

V. Ters Pg. xxiii

5.5.1.2 Condicionantes .............................................................................................................................. 3115.5.1.3 Objetivo ......................................................................................................................................... 3115.5.1.4 Trabajo desarrollado ...................................................................................................................... 312

5.5.2 Diseo .................................................................................................................................................. 3125.5.2.1 Elementos bsicos.......................................................................................................................... 3125.5.2.2 Soluciones tcnicas adoptadas ....................................................................................................... 313

5.5.3 Metodologa de medida........................................................................................................................ 3165.5.4 Calibrado del picnmetro ..................................................................................................................... 317

5.5.4.1 Material y mtodos ........................................................................................................................ 3185.5.4.2 Resultados y discusin................................................................................................................... 322

5.5.5 Incidencia de la temperatura y de la adsorcin de gases ...................................................................... 3265.5.5.1 Materiales y mtodos ..................................................................................................................... 3265.5.5.2 Resultados y discusin................................................................................................................... 328

5.5.6 Recapitulacin...................................................................................................................................... 331

6 MODELO DE POROSIDAD LOGARTMICO NORMAL........................................................................... 333

6.1 Descripcin y desarrollo del modelo........................................................................................ 3356.1.1 Definicin del modelo.......................................................................................................................... 3356.1.2 Hiptesis del modelo............................................................................................................................ 335

6.1.2.1 Modelo logartmico normal de distribucin del tamao de poro ................................................... 3356.1.2.2 Capilaridad: Ley de Jurin............................................................................................................... 336

6.1.3 Curva de retencin de agua: Relacin con la distribucin del tamao de poro .................................... 3376.1.3.1 Relacin entre capilaridad y potencial matricial ............................................................................ 3376.1.3.2 Relacin entre curva de retencin de agua y distribucin del tamao de poro............................... 3386.1.3.3 Gradiente decreciente del contenido de humedad.......................................................................... 339

6.1.4 Desarrollo matemtico del modelo....................................................................................................... 3406.1.4.1 Distribucin del tamao de poro. Cambio de variable a tensin de humedad............................... 3406.1.4.2 Parmetros de modulacin de la curva de retencin de agua: Escalado y desplazamiento ............ 341

6.1.5 Formulacin del modelo....................................................................................................................... 3426.1.5.1 Curva de retencin de agua............................................................................................................ 3426.1.5.2 Generalizacin de la ecuacin para una maceta o muestra de altura finita .................................... 342

6.1.6 Agrupacin de los parmetros que definen el modelo.......................................................................... 3436.1.6.1 Representacin en el plano normal ................................................................................................ 3446.1.6.2 Representacin en el plano de porosidad ....................................................................................... 344

6.2 Aplicacin del modelo .............................................................................................................. 3456.2.1 Porosidad total...................................................................................................................................... 3456.2.2 Relacin S(h) entre seccin y tensin de humedad .............................................................................. 3466.2.3 Caracterizacin fsica de sustratos. Clculo de los parmetros del modelo a partir de los datos

experimentales .................................................................................................................................... 3476.2.3.1 Modelo completo para muestras de seccin constante................................................................... 3476.2.3.2 Sustitucin del valor medio integral por el valor de la integral en el punto medio ........................ 348

6.3 Evaluacin del modelo ............................................................................................................. 3496.3.1 Introduccin ......................................................................................................................................... 3496.3.2 Objetivos .............................................................................................................................................. 3496.3.3 Materiales y mtodos ........................................................................................................................... 350

6.3.3.1 Obtencin de datos para la comparacin de modelos .................................................................... 3506.3.3.2 Anlisis de datos ............................................................................................................................ 357

6.3.4 Resultados ............................................................................................................................................ 3636.3.4.1 Sensibilidad de los valores obtenidos a los valores iniciales del ajuste en el modelo logartmico

normal............................................................................................................................................ 3636.3.4.2 Comparacin de modelos............................................................................................................... 367

6.3.5 Discusin.............................................................................................................................................. 3986.3.5.1 Sensibilidad de los valores obtenidos a los valores iniciales del ajuste en el modelo logartmico

normal............................................................................................................................................ 3986.3.5.2 Comparacin de modelos............................................................................................................... 399

6.4 Anlisis de sensibilidad ............................................................................................................ 4136.4.1 Introduccin ......................................................................................................................................... 4136.4.2 Fundamentos ........................................................................................................................................ 4146.4.3 Objetivo................................................................................................................................................ 4156.4.4 Material y mtodos............................................................................................................................... 415

6.4.4.1 Intervalos de valores de los parmetros del modelo....................................................................... 4156.4.4.2 Clculo del error inducido en la proporcin de agua por los errores de la media y de la

desviacin estndar ........................................................................................................................ 4166.4.4.3 Medida de la incidencia del error................................................................................................... 417

Indices

Pg. xxiv V. Ters

6.4.5 Resultados y discusin ......................................................................................................................... 4176.4.5.1 Forma de la curva de retencin de agua......................................................................................... 4176.4.5.2 Incidencia en la proporcin de agua de los errores de la media y desviacin estndar de la

distribucin normal. Evolucin en funcin de la tensin de humedad.......................................... 4196.4.5.3 Evolucin de la diferencia mxima (L) en funcin del valor de la media, desviacin estndar,

error de la media y error de la desviacin estndar. ....................................................................... 4226.4.5.4 Incidencia del error estndar de los parmetros del modelo en el clculo del reparto

volumtrico de fases ...................................................................................................................... 424

6.5 Recapitulacin.......................................................................................................................... 4266.5.1 Modelo logartmico normal.................................................................................................................. 426

6.5.1.1 Definicin del modelo ................................................................................................................... 4266.5.1.2 Aplicac