ECUACIÓN UNIVERSAL DE PÉRDIDA DE SUELO Introducción En muchas áreas dentro de la región de clima húmedo y subhúmedo del país, los procesos de erosión hídrica tienen manifestaciones verdaderamente impactantes. Se observan en potreros o en sectores dentro de ellos, cuando se presentan las condiciones desencadenantes, después de ciertas lluvias con altas intensidades. Investigaciones efectuadas en la EEA Paraná del INTA, referidas a las propiedades físicas de los suelos de Entre Ríos y su relación con la erosión, determinaron que su alta erosionabilidad se debe a su baja velocidad de infiltración, como consecuencia de la escasa capacidad de los horizontes inferiores para transmitir agua. En la superficie los suelos pueden tener buena agregación, por lo que ésta no es la razón de su erosionabilidad. Esta propiedad disminuye el escurrimiento, pero no controla la erosión cuando aquel comienza bajo tormentas intensas. El cálculo de las pérdidas de suelo en una tierra de cultivo mediante ecuaciones empíricas se ha convertido en un instrumento valioso para los estudios de conservación del suelo. Dichas ecuaciones se vienen usando desde hace varios años en los Estados centroseptentrionales y nordorientales de este país, y sirven para calcular las pérdidas medias anuales de suelo en condiciones específicas de suelo, pendiente, sistema de cultivo y otros factores. El especialista competente en conservación de suelos que trabaja en el campo utiliza estas ecuaciones como guía para trazar planes de aprovechamiento de la tierra y determinar las prácticas de conservación del suelo más apropiadas para el terreno y las necesidades del agricultor de que se trate. Aplicaciones de la ecuación Tiene dos empleos principales: 1. Predecir las pérdidas debidas a la erosión. En una determinada situación, se cuenta con un campo de suelo determinado, longitud y pendiente concretas y prácticas de cultivo establecidas. Se elige el valor numérico adecuado para cada una de estas variables y cuando estos valores se multiplican, el resultado es la cantidad de erosión que puede predecirse en la situación considerada. También se puede predecir como se modificará la pérdida de suelo si se altera el valor de cualquiera de las variables. 1 2. Elegir las prácticas agrícolas. En el segundo miembro de la ecuación algunos factores representan variables que no pueden controlarse, como la erosividad R, la erosionailidad K, de manera que dichos valores se hallan prefijados. Las restantes variables representan factores en los que existe alguna posibilidad de elegir algún cambio, como los métodos de cultivo o las labores que deben aplicarse, de manera que el valor límite indicado para A (máxima pérdida de suelo aceptable) no se supere. Factores de la ecuación La ecuación universal de pérdida de suelos refleja la influencia de todos los factores principales que se sabe influyen en la erosión por la lluvia. La ecuación es la siguiente: A=R*K*L*S*C*P A = pérdida media anual de suelo en toneladas por unidad de superficie, predicha mediante la ecuación; R = índice de ersosividad de la lluvia, K = factor erosionabilidad del suelo, número que refleja la propensión del suelo a sufrir cierto tipo de erosión; L = factor de longitud, relación que compara las pérdidas de suelo con la de un campo experimental de longitud especificada; S = factor de pendiente, relación que compara la pérdida de suelo con la de un campo experimental de pendiente especificada; C = factor de cultivo, relación que compara la pérdida de suelo con la de un campo experimental cultivado en condiciones prefijadas; P = factor de conservación, relación que compara la pérdida de suelo con la de un campo en el que no se realiza práctica alguna de conservación. 2 ÍNDICE DE EROSIVIDAD DE LA LLUVIA (R) Es un índice numérico que expresa la capacidad de la lluvia que se supone ha de caer en una localidad para erosionar el suelo de un terreno sin proteger (en barbecho). Su definición resultó posible cuando se ideó un método para calcular el potencial de erosión de un aguacero, en un modo que la relacionaba con la erosión ocasionada en un suelo en barbecho. Técnicos del Agricultural Research Service, de la Secretaría de Agricultura de los Estados Unidos, analizaron gran cantidad de datos de pérdidas de suelo y datos pluviométricos pertinentes. De este análisis dedujeron que cuando todos los factores menos la lluvia permanecen constantes, las pérdidas de suelo ocasionadas por los aguaceros en los terrenos cultivados son directamente proporcionales al valor del producto de dos características del aguacero: (a) su energía cinética total, y (b) su intensidad máxima en 30 minutos. Este producto es un término recíproco que mide el efecto de la manera particular en que la erosión por salpicadura y la turbulencia se combinan con el escurrimiento para llevarse del terreno las partículas de suelo separadas de éste. Este producto energía por intensidad, o valor EI, se considera el indicador más exacto hallado hasta ahora para medir el potencial de aguacero que causa erosión en un suelo en barbecho. Mas específicamente, el valor EI es el producto de la energía cinética de un aguacero, expresada en kilográmetros por milímetro de lluvia sobre una hectárea, y su intensidad máxima en 30 minutos se expresa en milímetros por hora. 3 G 4 Tabla Nº 1 - Valores de «R» Provincia Buenos Aires Localidad INTA EEA Pergamino Junín Pehuajó Las Flores Dolores Azul Coronel Suárez La Planta Punta Indio Pigüe El Palomar Balcarce Barrow Bordenave Bahía Blanca Entre Ríos INTA EEA Paraná INTA EEA Concordia Gualeguaychú Villaguay Concepción del Uruguay Federal Corrientes Mercedes Corrientes Bella Vista Monte Caseros 886 1054 794 820 Misiones Iguazú Cerro Azul Posadas 987 1214 1067 Formosa Las Lomitas Formosa 599 950 Chaco Resistencia Castelli Villa Angela Las Breñas Colonia Benítez P. R. Sáenz Peña 888 673 657 618 884 672 5 R tn/ha/año 503 506 402 365 377 382 353 552 485 419 577 446 385 407 367 590 728 553 684 693 700 Tabla Nº 1 - Valores de «R» Provincia Córdoba Localidad Marco Juárez Laboulaye Córdoba Río Cuarto R tn/ha/año 519 370 327 445 Santa Fe INTA EEA Reconquista Ceres INTA EEA Rafaela Rosario Casilda Venado Tuerto Sauce Viejo 781 616 582 584 589 570 581 La Pampa General Pico 449 Santiago del Estero Campo Gallo La Banda 380 342 Jujuy San Salvador de Jujuy 401 Salta Tartagal Orán Rivadavia Salta 565 501 340 326 Tucumán San Miguel de Tucumán 619 6 FACTOR EROSIONABILIDAD DEL SUELO (K) Este factor refleja el hecho de que los suelos de tipos diferentes se erosionan con velocidad distinta mientras que los demás factores que intervienen en la erosión son constantes. Las propiedades físicas del suelo influyen grandemente en la velocidad con que se erosionan los distintos suelos. Entre estas propiedades del suelo algunas de las más importantes son: la textura, la magnitud y la estabilidad de la estructura, el tipo de la arcilla, la permeabilidad y la infiltración, el contenido de materia orgánica y espesor. Algunas fases de suelos gravemente erosionadas son más erosionables que las fases del mismo suelo poco o medianamente erosionadas. En otros suelos ocurre exactamente lo contrario. Por consiguiente, a veces se atribuyen a las fases erosionadas factores diferentes de los que se atribuyen a las relativamente sin erosionar. Investigaciones efectuadas por Wischmeier y colaboradores, analizando muchas propiedades del suelo, concluyeron que aproximadamente el 98 % de su erosionabilidad está condicionada por la textura, la estructura y el tenor de materia orgánica del horizonte expuesto, y la permeabilidad del perfil. El factor K en la ecuación de predicción de la pérdida de suelo representa las toneladas de pérdida de suelo por hectárea por unidad de índice de erosión pluvial para una pendiente de 9 por ciento y una longitud de 22,1 metros. Este factor expresa la pérdida en barbecho continuo sin la influencia de cubierta vegetal o de ordenación alguna. El factor K se puede determinar mediante el nomograma de Wischmeier o por resolución de la siguiente ecuación, para suelos en los que la fracción limo más arena muy fina (2 a 100 micrones) no supera el 70 %. 100 K = 1,292 [2,1 x M1,14 x 10-4 x (12 - a) + 3,25 x (b - 2) + 2,5 x (c - 5)] en donde: M = Porcentaje fracción de 2 a 100 micrones por 100 menos porcentaje de arcilla. a = Porcentaje de materia orgánica. b = Código (curva) de estructura. c = Código (curva) de permeabilidad. 7 ESTRUCTURA (para nomograma y ecuación) CURVA Nº 1 2 3 4 Tipo y clase Granular muy fina Granular fina Granular media a gruesa Bloques, laminar o masiva. PERMEABILIDAD (para nomograma y ecuación) CURVA Nº Grado 1 6 y 7 permeabilidad rápida y muy rápida. Suelos de alta permeabilidad y porosidad no capilar. Velocidad de percolación mayor de 125 mm/hora. 2 5 permeabilidad moderadamente rápida. No hay moteados. Velocidad de percolación entre 62,5 y 125 mm/ha. 3 4 permeabilidad moderada. Condiciones óptimas para las plantas. Solum casi siempre libre de moteados. Velocidad de percolación entre 20 y 62,5 mm/hora. 4 3 permeabilidad moderadamente lenta. Suelos saturados que presentan moteados en el solum. Velocidad de percolación entre 5 y 20 mm/hora. 5 2 permeabilidad lenta. Hay moteados en casi todo el perfil. Velocidad de percolación entre 1,25 y 5 mm/hora. 6 1 permeabilidad muy lenta a nula. Suelo impermeable. Velocidad de percolación menor de 1,25 mm/hora. 8 9 FACTOR DE LONGITUD Y PENDIENTE DEL DECLIVE (LS) La resolución de la ecuación de la pérdida de suelo se facilita combinando las ecuaciones de la longitud y la pendiente del declive. Los valores empleados en la ecuación son relacionados entre la pérdida para una pendiente y una longitud del declive determinadas y los valores, arbitrariamente elegidos, de 9 % para la pendiente y 22,1 m para la longitud del declive. Investigaciones realizadas en EEUU señalan que la erosión está relacionada con el largo expresado en metros por un exponente fraccionario que varía según su intensidad y que el subefecto intensidad se relaciona con la erosión a través del seno de ángulo de dicha pendiente. Investigaciones locales efectuadas en parcelas acondicionadas para medir el efecto LS permitieron corroborar el procedimiento original, con algunas modificaciones de las constantes que integran las ecuaciones. El factor se puede obtener mediante gráfico o con las ecuaciones siguientes: L0,2 (35,209 sen2 + 2,4546 sen + 0,035) Para pendientes hasta 1 % L0,3 (25,832 sen2 + 1,8009 sen + 0,0257) Para pendientes entre 1 y 3 % L0,4 (18,953 sen2 + 1,3212 sen + 0,0188) Para pendientes entre 3 y 4,5 % L0,5 (13,905 sen2 + 0,9694 sen + 0,0138) Para pendientes mayores de 4,5 % L: longitud de la pendiente en metros : ángulo de la pendiente El seno del ángulo es el valor de la pendiente expresado en metros por metros. 10 11 FACTOR DE CULTIVO Y CONSERVACIÓN (CP) El valor fundamental para la ecuación de la pérdida de suelo es la pérdida media anual de suelo en un barbecho continuo. Este valor fundamental se expresa cuantitativamente para condiciones reales determinadas mediante el producto de los términos R, K, L y S. Pero, cuando un campo se cultiva, la pérdida de suelo en él se reduce, porque con el cultivo se le proporciona una cierta protección contra la erosión. El barbecho, en cambio, ofrece poca o ninguna protección al suelo. Por consiguiente, para su empleo en la ecuación de la pérdida de suelo, el factor cultivo y ordenación es la relación esperada entre la pérdida de suelo en un terreno cultivado en condiciones específicas entre la pérdida de suelo en un terreno cultivado en condiciones específicas y la pérdida correspondiente de suelo en barbecho continuo. Esta comparación se hace suponiendo que son semejantes las condiciones de suelo, pendiente y lluvia. La influencia del cultivo y de las prácticas de cultivo sobre la erosión depende de muchos factores. Entre éstos figuran el tipo de cultivo, la calidad de la cubierta vegetal y el desarrollo radical, la absorción de agua por las plantas en crecimiento, la cantidad de restos de cultivos precedentes enterrados, etc. Es también importante el que estas condiciones difieren en el período que va desde la siembra hasta la recolección. Análogamente, también difiere la distribución de las lluvias erosivas a lo largo del año. Por ello, la eficacia del poder antierosivo de cada cultivo y de cada práctica de cultivo se valora con arreglo a cinco períodos correspondientes a otras tantas fases del cultivo. De esta manera, la eficacia de cada fase del desarrollo del cultivo se relaciona con la intensidad de las lluvias posibles en el periodo correspondiente a la fase en una localidad determinada. Los cincos periodos correspondientes a cinco fases del cultivo, basados en la uniformidad relativa del efecto de la cubierta vegetal y de los restos dentro de cada período, son los siguientes: 0. 1. 2. 3. 4. Barbecho preparativo. Desde la arada hasta la siembra. Sementera. Desde la siembra hasta un mes después de ésta. Fijación. Desde un mes a dos después de la siembra. Periodo vegetativo. Desde el período 2 hasta la recolección de la cosecha. Restos o rastrojos. Desde la recolección de la cosecha hasta la aradura o la nueva sementera. Se han calculado, para cada uno de los cinco períodos de las fases del cultivo y para cada cultivo particular en diversas combinaciones de sucesiones de cultivos y de nivel de productividad, relaciones de las pérdidas de suelo, es decir, relaciones entre las pérdidas en parcelas cultivadas y las correspondientes en parcelas en barbecho continuo. Investigaciones efectuadas han proporcionado la mayoría de los datos que se emplean para evaluar el efecto de las prácticas de conservación sobre la erosión del suelo por el agua. Las prácticas que se estudiaron fueron principalmente el cultivo siguiendo las 12 líneas de nivel, el cultivo en terrazas y el cultivo en fajas. Estas investigaciones, junto con la experiencia adquirida durante muchos años en el trabajo en el campo, se han aprovechado para establecer los valores del factor prácticas de conservación que se usan en la ecuación de pérdida de suelo. En la determinación del valor del factor longitud del declive, para la ecuación de predicción de la pérdida por erosión, interviene la longitud del declive del terreno, tanto en caso del cultivo a nivel como en el del cultivo en fajas siguiendo las curvas de nivel. Pero, en el caso del cultivo en terrenos con terrazas, se usa la distancia recomendada entre terrazas (separación horizontal) en vez de la longitud del declive del terreno. Parece ser que el cultivo siguiendo las curvas de nivel produce su máximo efecto medio en los terrenos con pendiente mediana (2 a 7 %). En este caso, las pérdidas de suelo en el cultivo siguiendo las curvas de nivel son aproximadamente la mitad de las que ocurren en el cultivo hecho perpendicularmente a estas curvas. A medida que la pendiente del terreno disminuye desde los valores medios hasta cero, la eficacia del cultivo a nivel para reducir las pérdidas de suelo, en comparación con el cultivo hecho en otras direcciones, se hace cada vez menor, hasta que, cuando la pendiente vale cero, el cultivo tiene la misma eficacia, cualquiera que sea la dirección en que se haga. Cuando la pendiente crece desde los valores medios hasta los grandes, la capacidad de los surcos tienen muy poca capacidad de retención de agua o del suelo. Además, el cultivo siguiendo las líneas de nivel proporciona una protección casi completa contra los aguaceros aislados poco intensos, pero es poca o ninguna la que proporciona contra los aguaceros fuertes, que causan gran destrozo en los surcos. En el cultivo en fajas, se alternan fajas de praderas con fajas de cereales. Las primeras han más lento el flujo del agua de escurrimiento y retienen el suelo arrancado por la erosión de las fajas de cereales o labradas. El sistema de cultivo que se sigue usualmente es la sucesión maíz - cereales pequeños – dos años de pradera, con fajas de una anchura aproximadamente igual a la recomendada en el caso de las terrazas. La erosión que ocurre en los terrenos cultivados en fajas oscila, por término medio, entre 45 y 25 % del valor probable de la erosión en el cultivo perpendicularmente a las curvas de nivel, y depende también de la inclinación del declive. Estos valores son la mitad de los que corresponden al cultivo en surcos siguiendo las curvas de nivel. Cuando se usan sucesiones de cultivo menos eficaces, por ejemplo: maíz – maíz – avena – pradera, se recomienda aumentar el factor cultivo en fajas hasta 75 % del correspondiente al cultivo siguiendo las líneas de nivel. Las terrazas interceptan el flujo de agua que desciende por los declives del terreno antes de que este flujo adquiere velocidad bastante para dañar el suelo. El suelo que se salve se debe a la menor longitud del declive y al depósito de suelo en el cauce de la terraza. Por consiguiente, cuando se emplea el factor cultivo en fajas en vez del factor cultivo en terrenos con terrazas en la ecuación de predicción de la pérdida de suelo, parte del suelo que se deposita en el cauce de las terrazas no se considera suelo perdido. Esto está de acuerdo con el cultivo en fajas siguiendo las líneas de nivel, caso en que el suelo que se deposita en las fajas de césped no se considera perdido. 13 Cuando se desee un mínimo de sedimentación de limo en el cauce de una terraza, podrá usarse el factor cultivo siguiendo las curvas de nivel en vez del factor cultivo en fajas para calcular la pérdida de suelo, suma de las debidas al cultivo a nivel y al cultivo en terrazas. Esto requerirá el empleo de rotaciones de cultivo que produzcan pérdidas menores de suelo y se traducirá prácticamente en un desplazamiento menor de suelo hacia los cauces de las terrazas y en un mayor grado de conservación del terreno con terrazas. Además, se recomienda que cuando la ecuación de predicción de la pérdida de suelo se utilice para calcular la pérdida global de suelo en los estudios de sedimentación, se use un factor práctica de cultivo en terreno con terrazas equivalente a 20 % del factor cultivo siguiendo las curvas de nivel. Tabla Nº 2 - FACTORES CULTIVO Y PRÁCTICAS (CP) PARCIALES Y ANUALES PARA DISTINTOS CULTIVOS Periodo 1 2 3 4 5 6 7 8 0,0004467 0,000271 0,0001778 0,001038 0,000865 0,0012 0,00074 0,02647 Cs 0,00013999 0,00022 0,0001177 0,0009473 0,0001625 0,00215 0,0005866 0,03858 E1 0,001049 0,000959 0,0000209 0,008946 0,00802 0,0229 0,00 0,012 E2 0,00877 0,00427 0,0000287 0,0001177 0,0002126 0,0197 0,00 0,06823 E3 0,00587 0,00965 0,0156 0,04699 0,03257 0,0332 0,0126 0,00007565 E4 0,0000 0,00248 0,00241 0,0108 0,0119 0,00182 0,000651 0,03748 B 0,0163 0,0178 0,01835 0,688 0,0537 0,0809 0,0146 0,1828 Anual 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Trigo favor pendiente, en una rotación de pradera, maíz, lino, trigo. Labranza convencional, residuos en superficie. Trigo en contorno, en igual rotación y manejo que (1). Trigo continuo en contorno, con labranza convencional. Lino continuo favor o contorno, labranza convencional. Lino en contorno o favor pendiente, en igual rotación y manejo que (1). Girasol favor pendiente, con labranza convencional, en una rotación de pradera, sorgo, girasol, lino. Soja de 2da, siembra directa sobre rastrojo de trigo, favor pendiente o contorno. Soja continua, en contorno, con labranza convencional. 14 Tabla Nº 2 - FACTORES CULTIVO Y PRÁCTICAS (CP) PARCIALES Y ANUALES PARA DISTINTOS CULTIVOS Periodo Cs E1 E2 E3 E4 B Anual 9 10 11 12 13 14 15 0,0644 0,0755 0,0388 0,1274 0,01677 0,030 0,355 0,0208 0,00667 0,000331 0,0000121 0,00001645 0,0000211 0,02785 0,0205 0,01634 0,00196 0,0012 0,000024 0,0000412 0,0401 0,01693 0,10176 0,0184 0,02778 0,04987 0,000858 0,2156 0,0399 0,0651 0,01689 0,04138 0,0363 0,0167 0,216 0,03469 0,0983 0,09396 0,00 0,00555 0,00472 0,237 0,00122 0,0015 0,00056 0,00778 0,00712 0,007 0,0252 9. Soja continua, a favor pendiente, con labranza convencional. 10. Maíz en contorno, en una rotación de pradera, maíz, trigo, lino. Labranza convencional, residuos en superficie. 11. Maíz continuo, en contorno. Labranza convencional, residuos dejados en superficie. 12. Maíz continuo, favor pendiente. Labranza convencional, residuos dejados en superficie. 13. Maíz favor pendiente, en igual rotación y manejo que (10). 14. Sorgo granífero favor pendiente, en igual manejo y rotación que (6). 15. Pradera permanente, año cero. Comienza corte en setiembre. 15 BIBLIOGRAFÍA: Bonneau, Maurice y Souchier, Bernard. 1987. CONSTITUYENTES Y PROPIEDADES DEL SUELO. Editorial Masson, S.A. Barcelona. 461 pags. Buckman, Harry O. y Brady, Nyle C. 1977. NATURALEZA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS. Editorial Montaner y Simon, S.A. Barcelona. 590 pags. Buol, S. W.; Hole, F. D., Mc Craken, R. J. 1986. GÉNESIS Y CLASIFICACIÓN DE SUELOS. Editorial Trillas. México. 417 pags. Cobertera, Eugenio. 1993. EDAFOLOGÍA APLICADA. Ediciones CÁTEDRA, S.A. Madrid. 326 pags. Conesa Fdez. - Vitora, Vicente. 1997. GUÍA METODOLÓGICA PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL. Ediciones Mundi-Prensa. Madrid. 412 pags. 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Páginas web http://edafologia.ugr.es http://www.fao.org 17 Mapas y cartas de suelos MAPA DE SUELOS DE LA PROVINCIA DE SANTA FE. Tomo I. Secretaría de Agricultura y Ganadería de la Nación. I.N.T.A. Provincia de Santa Fe. M.A.G. 1981. MAPA DE SUELOS DE LA PROVINCIA DE SANTA FE. Tomo II. Secretaría de Agricultura y Ganadería de la Nación. I.N.T.A. Provincia de Santa Fe. M.A.G. 1983. CARTA DE SUELO DE LA REPÚBLICA ARGENTINA. Hoja 3363-18ARMSTRONG. INTA. Buenos Aires, 1988. 174 pags. CARTA DE SUELO DE LA REPÚBLICA ARGENTINA. Hoja 3363-36- VENADO TUERTO. INTA. Buenos Aires, 1983. 157 pags. CARTA DE SUELO DE LA REPÚBLICA ARGENTINA. Hoja 3360 - 7 Y 8 – TOTORAS y SERODINO. INTA. Buenos Aires, 1985. 143 pags. CARTA DE SUELO DE LA REPÚBLICA ARGENTINA. Hoja 3163 - 11 y 12 – SAN GUILLERMO. INTA. Buenos Aires, 1990. 116 pags. CARTA DE SUELO DE LA REPÚBLICA ARGENTINA. Hoja 3563-5- SANCTI SPIRITU. INTA. Buenos Aires, 1985. 108 pags. CARTA DE SUELO DE LA REPÚBLICA ARGENTINA. Hoja 3363-30BERABEVU. 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