CURSO EDAFOLOGIA TEMA EROSION y DEGRADACION DE SUELOS

CURSO EDAFOLOGIA TEMA : EROSION y DEGRADACION DE SUELOS Fernando García Préchac Carlos Clérici Mariana Hill 2008

CALIDAD DEL SUELO – Se trata de un concepto desarrollado durante los años 90, al intentarse aplicar al suelo una conceptualización y monitoreo semejantes a los usados para el aire y el agua (Letey et al. , 2003). Estos autores ubican su mayor popularización a partir del informe producido en EEUU “Calidad de suelos y aguas: Una agenda para la agricultura” (National Research Council, 1993). La definición de Larson y Pierce (1991 y 1994): la capacidad del suelo de funcionar dentro de su ecosistema y de interaccionar positivamente con el ambiente exterior al mismo. La de la Soil Science Society of America: la capacidad de un tipo específico de suelo de funcionar, dentro de los límites de su ecosistema natural o manejado, y de mantener la productividad vegetal y animal, de mantener o mejorar la calidad del aire y del agua, y de mantener las condiciones de habitación y de salud humanas (Allan et al. , 1995).

Definiciones EROSION – Se entiende por Erosión, la pérdida del material de suelo en un lugar concreto del paisaje. Dicho material es transportado por aire o agua hacia otra parte del paisaje. Por lo tanto, al ocurrir erosión en una parte del paisaje ocurre deposición o sedimentación en otras. En nuestro país, predomina ampliamente el agua como agente de erosión y transporte, por lo que el fenómeno de erosión y sedimentación ocurre dentro de cuencas hidrográficas. En regiones semiáridas del mundo, donde predomina la erosión provocada por el movimiento de aire (eólica), el suelo erosionado se mueve y sedimenta en el marco de la dinámica del aire y por lo tanto, sin ninguna relación con cuencas hidrográficas.

Definiciones EROSION NATURAL O GEOLOGICA – Se llama así a la que ocurre naturalmente, sin intervención humana. En nuestras condiciones predominantes, cuando no se ha alterado la vegetación natural, se percibe un aparente equilibrio en el paisaje, sin cambios relevantes en tiempo humano. En estas condiciones, los suelos y sus procesos están en equilibrio con los otros componentes del ambiente (sus factores de formación: material madre, sitio y edad del paisaje, clima, vegetación y demás agentes bióticos). Pero igualmente se produce erosión en todas las partes elevadas del paisaje y deposición en las partes bajas. Estos procesos son muy lentos e imperceptibles en el tiempo humano. Pero hay casos en que aún la erosión natural ocurre rápidamente y es claramente perceptible el desequilibrio, aún en tiempo humano. Ejemplos de esos casos son la erosión eólica de las dunas sin vegetación en las costas, el derrumbe de barrancas costeras del mar y las de los cursos de agua en eventos de crecidas y el depósito de sedimentos en los remansos de dichos cursos.

Definiciones EROSION ANTROPICA O ACELERADA –

FORMAS DE EROSIONSe reconocen diferentes formas de erosión. En el pasado, se las clasificaba en Erosión Laminar, Erosión en Canalículos, Erosión en Surcos y Erosión en Cárcavas (Foster, 1988). Más modernamente (Foster et al. , 1985; Lane y Nearing, 1989), el estudio y modelación de la erosión a escala de laderas uniformes distingue dos categorías de erosión hídrica: Encauzada y No Encauzada. La primera corresponde a la Erosión en Canalículos, pequeños surcos y surcos (Rill Erosion), mientras la segunda es principalmente la anteriormente llamada Erosión Laminar (Interill Erosion).

Formas de erosión

Efectos de la erosión

En esta ilustración se ejemplifica que una misma tasa de pérdida de suelo por erosión no significa lo mismo para distintos suelos. De ahí se derivan los criterios de pérdidas de suelo tolerables.

En estas cartas se presenta por un lado el estado de erosión del País a fines de los años 70 y por otro el área cultivada de trigo para esa época. Se constata la correspondencia entre las zonas con erosión y las del cultivo, ya que la erosión se origina en el laboreo del suelo.

En esta carta se muestra el área de cultivo de maíz para inicio de los años 70 y se ve su correspondencia con la zona del país mas erosionada, de acuerdo con la carta de erosión. Ello no se debe exclusivamente a el cultivo de maíz, sino al nivel tecnológico aplicado en los pequeños establecimientos de Canelones donde el cultivo era muy importante en la época.

Erosión Antrópica Fuente: PAN – MGAP, 2005

Procesos de Erosión

FOTO DE LADERA EROSIONADA

ZONA MUY EROSIONADA DE CANELONES

MODELO DE EROSION (USLE/RUSLE) EROSIÓN = f (EROSIVIDAD). CARACTERISTICAS DEL LLUVIA ENERGÍA (ERODABILIDAD) ) SUELO PAISAJE USO Y MANEJO CONTROL DE ESCURRIMIENTO COBERTURA BIOMASA RUGOSIDAD AGUA EN EL SUELO A= R. K. L. S. P. C Mg/ha J/ha MG/J (proporciones de Estándares) Este modelo es USLE. RUSLE se incorporó para estimar C.

Erosividad de la Lluvia La desagregación, ocurre como consecuencia del golpeteo de las gotas de lluvia directamente sobre la superficie del suelo y sus agregados. La mayor parte de la energía cinética [EC =(0, 5. Masa). (velocidad)2] de las gotas de lluvia realiza el trabajo de romper las uniones entre las partículas elementales de suelo que forman los agregados y otra parte se disipa en el proceso de salpicado de dichas partículas, lo que inicia el proceso de transporte

Erosividad de la Lluvia La segunda causa de desagregación es el escurrimiento del agua de lluvia, que se genera cuando la tasa de infiltración es menor a la intensidad de la lluvia. El escurrimiento también posee masa y velocidad, por lo tanto, energía cinética. Esta se disipa en el trabajo de transporte de los sedimentos que le aporta la salpicadura del golpeteo de las gotas de lluvia contra el suelo y en desagregación del suelo de la superficie directamente en rozamiento con el escurrimiento, que se agrega a la carga de sedimentos que transporta. Por lo tanto, la energía del escurrimiento en parte es consumida en el proceso de transporte y en parte en el de desagregación.

Erosividad de la Lluvia

Erosividad de la Lluvia Supongamos una lluvia de 50 mm, con gotas que golpean el suelo a 6 m/s, un valor promedio razonable, de acuerdo a estudios de tamaño de gotas y velocidad terminal de las mismas (Laws, 1941). La energía cinética de la lluvia es: (Masa : 50 kg/m 2 , Velocidad : 6 m/s); EC = 0. 5 (50). (6)2 = 900 J Si escurre el 80 % de la lluvia ( 40 mm o kg/m 2 ) y su velocidad es 1 m/s: la EC del escurrimiento = 0. 5 (40). (1)2 = 20 J

Erosividad de la LLuvia Pero el escurrimiento superficial se concentra en los desagües del terreno (concavidades), juntando importantes masas de agua. Consideremos el siguiente ejemplo. Si la cuenca de una concavidad tiene 5 ha, llueven 50 mm y escurre la mitad: 25 mm o kg/m 2, llegan a la concavidad 25 kg/m 2 x 10000 m 2 x 5 ha=1. 250. 000 kg de escurrimiento. Si suponemos también una velocidad del escurrimiento de 1 m/s, la energía cinética del escurrimiento no encauzado en las laderas de la cuenca es: 0, 5. (25). (1)2=12, 5 J Pero si imaginamos el m 2 en el centro de la concavidad en la salida de la cuenca y asumimos que por el mismo pasa todo el escurrimiento de la cuenca generado en la tormenta considerada, dicho m 2 estará sometido a una energía cinética del escurrimiento concentrado de magnitud : 0, 5. (1. 250. 000). (12) = 625. 000 J

EROSIVIDAD DE LA LLUVIA, R: Estima la capacidad de la lluvia y el escurrimiento asociado, de producir erosión. EI 30: Producto de la energía cinética por la máxima intensidad en 30 minutos de una lluvia erosiva. (MJ/ha. año). (mm/h)/10 Clérici et al, 2001

ERODABILIDAD (sentido amplio) Factores: K, LS, P y C

Factor K Se aprecia que donde la densidad aparente es más baja, la estabilidad estructural es mayor y mayor es la conductividad se corresponde, lógicamente, con la mayor resistencia del suelo a la erosión.

Erodabilidad del Suelo

Lluvia y escurrimiento mensual En las mismas situaciones de la Figura anterior, se observa el valor mensual de la lluvia (azul)y del escurrimiento generado en los diferentes usos. En invierno, con el suelo cargado de agua, se tienen los mayores escurrimientos, mientras que lo opuesto ocurre en verano.

En concordancia con lo anterior, en esta figura se observa que la magnitud de la erosión está positivamente correlacionada con la del escurrimiento, siendo máxima en el período invernal y mínima en el estival.

En esta figura se presenta la relación entre la erosión mensual y la erosividad de la lluvia que la generó, en un suelo desnudo. Se observa que la pendiente (cantidad de erosión/unidad de erosividad) es mucho mayor en el período de suelo con alto contenido de agua (abrilsetiembre) que en el de bajo contenido de agua (octubremarzo).

En esta figura se presentan los resultados de la erosión en el mes indicado en un experimento para medir erosión con parcelas de escurrimiento. La diferencia entre los histogramas 3 y 5, ilustran en la práctica el efecto de una mayor cantidad de residuos frescos en descomposición en la zona superficial del suelo. El 3 es una avena creciendo, plantada sobre un suelo que viene usándose en cultivos con laboreo. En cambio, el 5 corresponde a una avena creciendo, plantado sobre un suelo que viene de pradera.

Las fotos de la izquierda muestran la respuesta en erosión frente a la misma lluvia, durante el mismo tiempo, de un suelo desnudo y de uno cubierto por residuos (siembra directa). En el primer caso la erosión es evidente, mientras en el segundo, el menor escurrimiento transporta muy escasos sedimentos

Efecto de la cobertura del suelo y la pendiente en que el mismo se desarrolla sobre la erosión promedio anual.

Efecto de la cobertura por residuos en la magnitud de la erosión que se genera frente a una misma lluvia, a diferentes tiempos de comenzada.

Efecto de la rugosidad frente a un mismo evento erosivo. Aquí se ve una parcela con laboreo secundario y poca rugosidad, frente a una importante lluvia erosiva.

El mismo evento erosivo de la foto anterior, se observa lo ocurrido en una parcela con la rugosidad dejada por un laboreo primario (una arada de discos)

Porosidad total y rugosidad (coeficiente de variación de las alturas del terreno), con diferentes laboreos y a diferentes momentos: antes del laboreo, inmediatamente luego del laboreo, al iniciarse el escurrimiento frente a la lluvia indicada y cuando se acumularon 50 mm de escurrimiento.

Tiempo transcurrido hasta los valores de infiltración indicados e infiltración (inversa de escurrimiento) acumulada hasta esos momentos.

Análisis de sensibilidad mostrando que la variable que más influye en las pérdidas de suelo por erosión es la cobertura de la superficie por residuos (Surface Cover), seguido por la cantidad de residuos frescos en descomposición en los primeros 12 cm del suelo (Root Mass), seguido por la cobertura por la parte aérea de la vegetación (Canoopy Cover), seguido por la rugosidad de la superficie (Surface Roughness) y finalmente por la altura de la vegetación (Canopy Height).

Efecto de la topografía en la erodabilidad del suelo Estos son los algoritmos del modelo USLE sobre el efecto de la inclinación (%) y de la longitud de la pendiente. Con 20 m de longitud, el pasaje de 2 a 4% de inclinación (se duplica), incrementa la erodabilidad 0, 18 (18%). Si se toma la línea de 2% de pendiente y se duplica la longitud de 20 a 40 m, la erodabilidad se incrementa 0, 04 (4%). Por lo tanto, de ambas características de la pendiente, es evidente el mayor peso de la inclinación.

Medidas de control de la erosión

EROSION PROMEDIO ANUAL EN PARCELAS DE ESCURRIMIENTO, LLEVADAS A 100 m DE PENDIENTE. EELE: 1984 -1990, SAWCHICK Y QUINTANA; UEPAP: 1994 -1999, TERRA Y GARCIA PRECHAC.

Sistema de 10 años en SD

Siembra directa de trigo sobre rastrojo de soja

SITUACIONES MÁS COMUNES: Laboreo a favor de la pendiente

LABOREO EN LA VUELTA EN PENDIENTE, CON O SIN FAJAS

LABOREO DE DESAGÜES

Laboreo a favor de la pendiente con problemas de regulación de maquinaria

MODELO DE EROSION (USLE/RUSLE) EROSIÓN = f (EROSIVIDAD). CARACTERISTICAS DEL LLUVIA ENERGÍA (ERODABILIDAD) ) SUELO PAISAJE USO Y MANEJO CONTROL DE ESCURRIMIENTO COBERTURA BIOMASA RUGOSIDAD AGUA EN EL SUELO A= R. K. L. S. P. C Mg/ha J/ha MG/J (proporciones de Estándares) Este modelo es USLE. RUSLE se incorporó para estimar C.

Importancia de contar con modelos de predicción Ø Planificar el mejor uso y manejo de la tierra, evaluado a priori las diferentes alternativas posibles en cada caso concreto. Ø Servir al contralor legal por parte de la autoridad en la materia.

EROSIVIDAD DE LA LLUVIA, R: Estima la capacidad de la lluvia y el escurrimiento asociado, de producir erosión. EI 30: Producto de la energía cinética por la máxima intensidad en 30 minutos de una lluvia erosiva. (MJ/ha. año). (mm/h)/10

ERODABILIDAD del Suelo (K): Cantidad promedio de suelo perdido por unidad del factor erosividad de la lluvia (Mg/Unidad de R), en las condiciones estándar. Unidad (1: 1. 000) Suelo Factor K Pendiente 0. 10/0. 13 0 – 1 % Arapey Vertisol Háplico Ac Tala Rodríguez Brunosol Eutrico Típico LAc 0. 27 1 a 3 % Young Brunosol Eutrico Típico Fr. 0. 19 2 a 6 % Tres Islas Luvisol Ocrico Típico Ar. 0. 51 6 a 12 % Sierra de Polanco Brunosol Subéutrico Háplico Fr. 0. 53 10 a 16 % Puentes, 1981

Prácticas Mecánicas de Apoyo P Es la relación entre la erosión que ocurre con una determinada práctica mecánica de apoyo y la que ocurre con la condición estándar de laboreo a favor de la pendiente, a igualdad de los demás factores.

Factor P: Práctica mecánica de apoyo. Relación entre la pérdida de suelo con determinadas prácticas mecánicas (laboreo en contorno, en fajas, terrazas, etc. ) y la que ocurre con laboreo a favor de la pendiente a igualdad de los demás factores. 0, 5

Factores Topográficos ► L Es el Factor Longitud de la Pendiente. Es la relación entre la erosión con una longitud de pendiente dada y la que ocurre en el estándar de 22, 1 m de longitud, a igualdad de los demás factores. ► S Es el Factor Inclinación de la Pendiente. Es la erosión entre la erosión con una inclinación de pendiente dada y la que ocurre en el estándar de 9% de inclinación, a igualdad de los demás factores.

Factor LS Relación entre la pérdida de suelo dada a una longitud y gradiente de pendiente determinada y la que ocurre en condiciones estándar (22, 1 m. De largo y 9 % de pendiente) a igualdad de los demás factores.

Ejemplos de L. S Se observa la importancia relativa de largo y gradiente de pendiente en determinar la erosión

Factor C: Uso y Manejo Relación de pérdidas por erosión entre un suelo con determinado uso y manejo y el mismo suelo desnudo, pronto para siembra convencional, a igualdad de los demás factores. Depende de: Cobertura Biomasa Rugosidad Contenido de agua en el sielo

Recopilación de estimaciones de factor C (USLE/RUSLE) para diferentes alternativas de uso y manejo del suelo Referencias: Durán, A. y F. García Préchac. (1996). Valoración económica de los recursos tierra y suelo. DINAMA/MVOTMA -OEAClérici, C. , Beathgen, W. , García Préchac, F. y M. Hill (2004). Estimación del impacto de la Soja sobre erosión y carbono orgánico en suelos agrícolas del Uruguay. In. XIX Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo. Paraná , Entre Ríos, Argentina.

USOS…. Evaluar a priori. . . Por ejemplo: Cambia el factor K: Tipo de suelo Situación: ► Soja – Trigo en SD ► L= 100 m ► S= 3% ► No aplica prácticas mecánicas de apoyo ► R igual

Pérdida de suelo en función de la pendiente. ► ► ► Localidad Mercedes Unidad / Suelo. Paso Palmar; Brunosol Subeutrico Luvico Fr Tolerancia 2 Mgha Longitud de la Pendiente 100 m Practica Mecánica de Apoyo No Aplica Sistema. Soja - Trigo SD Factor R ► Factor K ► Factor P ► Factor C ► 554 0, 310 1, 000 0, 112

DEGRADACION Definición Se entiende por degradación la pérdida o empeoramiento de propiedades del suelo como medio para el crecimiento de las plantas. Dichas propiedades son las clasificadas como físicas, químicas y biológicas.

DEGRADACION Definición Decreto reglamentario de la Ley No 15239 del 16 de setiembre de 2004. Uso y Conservación de Suelos: Se entiende por degradación la reducción de la capacidad de la tierra para producir beneficios al hombre. Comprende todos los procesos y agentes que afectan su capacidad de uso , calidad y productividad (erosión, sedimentación, compactación, salinización, acidificación y todos los que deterioran sus propiedades físicas)

Degradación global de la tierra Fao de (Oldeman, 1994) y (Daily, 1997) cit. Por Brady y Weil, 2002

DEGRADACION Uno de los agentes mas importantes de degradación de suelos es el hombre a través de la agricultura Se rompe el equilibrio entre el suelo y sus factores de formación Cambio de vegetación, cobertura y retorno de materia orgánica Traumatismos físicos provocados por el laboreo y tráfico de la maquinaria Aumento en la velocidad de descomposición de la materia orgánica Incorporación al suelo de diferentes sustancias contaminantes de mayor o menor perjuicio a la salud.

Degradación v De la materia orgánica v De Propiedades Físicas v Propiedades Químicas: § Disponibilidad de Nitrógeno. § Acidificación § Alcalinización § Contaminación

DEGRADACIÓN del Contenido de Materia Orgánica (Carbono orgánico)

En el sistema de Cultivo Continuo y durante el ciclo de cultivos con laboreo en la rotación, se pierde materia orgánica por dos razones: parte se pierde en el material de suelo erosionado y parte es oxidada biológicamente en forma más acelerada que la normal, por el aumento de aireación que produce el aumento de laboreo a corto plazo. Durante el ciclo de pasturas de la rotación, durante el que no hay laboreo y se minimiza la erosión, se recupera materia orgánica en el suelo.

DEGRADACIÓN de Propiedades Físicas: Estructura Densidad aparente (materia orgánica) Macroporosidad: Compactación Resistencia a la Penetración

En el caso de las rotaciones forrajeras sin laboreo (con siembra directa), de las que anteriormente se presentó la evolución del CORG, se observa que también el estado de la estructura del suelo está correlacionado con dicha variable (contenido de materia orgánica del suelo).

Compactación

Estabilidad de la estructura

El riesgo de compactación por tráfico de maquinaria es mayor cuando: • la carga sobre la rueda aumenta ( esto también aumenta la profundidad afectada) • la potencia consumida por el implemento aumenta • la presión de inflado de la rueda aumenta • el número de pasadas aumenta (la primera provoca 75 -90 % del efecto total) • el contenido de agua del suelo es mayor 75 % del peso del tractor descansa sobre el eje trasero Resistencia a la compactación aumenta con: • menor contenido de agua • mayor estabilidad de la estructura • menor variación de la granulometría del suelo

Efecto sobre un cultivo de invierno de la compactación por la huella de una rueda en un sistema de tráfico controlado (las ruedas en pasadas sucesivas, siempre pisan en el mismo sitio).

Este es el resultado final, fila por fila del rendimiento en grano de la avena de la foto anterior.

Este es un cultivo de trigo en la parte baja de una ladera. Se observan zonas de crecimiento deprimido y zonas de crecimiento normal. El uso inmediato anterior era alfalfa para corte (heno). Las franjas deprimidas corresponden a las huellas de los vagones en los que fueron retirados los fardos en un período lluvioso (alto contenido de agua en el suelo).

Suela de arado o piso de labor

Además de la compactación por pérdida de estructura, esquemáticamente se tienen zonas de compactación vertical, causadas por huellas de máquinas, y zona de compactación horizontal, como los pisos de arado.

DEGRADACIÓN: Ej. : Disponibilidad de N, interacción con degradación física

Funciones de respuesta de trigo al agregado de nitrógeno en función del numero de cultivos sucesivos con laboreo convencional luego de una pastura perenne de gramíneas y leguminosas (Días Roselló et. al, 1980)

DEGRADACIÓN: Acidificación Contaminación Salinización

ACIDIFICACION

S A L I N I D A D

Contaminación con metales pesados

Resultados de determinaciones realizadas en aguas, suelos, aguas y granos de plaguicidas AGUAS Zona de Muestreo SUELOS GRANOS No de det. Positivo Tacuarembó 70 1 14 2 3 0 Rocha 34 0 29 2 10 0 Cerro Largo 42 0 19 2 8 0 Treinta y Tres 57 1 61 10 1 1 Adaptado de INIA 33. Estación experimental del Este ARROZ. Resultados experimentales 1995 -1996. Boletín de divulgación Nº 133 Plaguicidas detectados: Molinate, qunclorac y Edifenfos

Residualidad de Agroquímicos en arroz Proyecto cuyo objetivo fue detectar residuos de agroquímicos Sitios y Sistemas en los que se detectaron residuos. Primer y segundo muestreo de suelos.

Sistema de producción en el que se detectó Sitios analizados Sitios positivos T SI RP 2 PRIMER MUESTREO Clomazone 7 4 2 Quinclorac 7 2 2 Glifosato 7 3 3 AMPA 7 4 4 Carbendazim 7 3 3 SEGUNDO MUESTREO Clomazone 6 4 1 3 Quinclorac 6 4 1 2 1 Glifosato 7 6 4 2 AMPA 7 6 4 2 Carbendazim 7 0

Estimaciones de pérdidas de suelo por erosión con USLE/RUSLE. (García Préchac en PAN, 2005)