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6.2: Erosión y conservación del suelo

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    88971
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    Objetivos de aprendizaje

    • Identificar las condiciones bajo las cuales el suelo es más susceptible a la erosión por el agua.
    • Identificar las condiciones bajo las cuales el suelo es más susceptible a la erosión por el agua.
    • Utilice la ecuación RUSLE para estimar las tasas de erosión de una ladera dada.
    • Compare las tasas de erosión estimadas con las tasas de erosión “tolerables”, comúnmente conocidas como valores de T.
    • Nombrar y describir prácticas de conservación que reduzcan la erosión hídrica y eólica.
    • Familiarizarse con las agencias federales, estatales y locales asociadas con la conservación del suelo y el agua.

    Se necesitan hasta 2,000 años para formar una pulgada de suelo. En las condiciones adecuadas, esa pulgada de suelo puede ser erosionada por el viento o el agua en una sola tormenta. Así, si no se conserva, el suelo que se desarrolló a lo largo de milenios puede perderse dentro de una sola generación humana. Sin embargo, los suelos pueden ser utilizados una y otra vez utilizando prácticas de conservación adecuadas. En este laboratorio, se utilizarán varios videos para demostrar la mecánica subyacente a la erosión del suelo. Además, se utilizará un modelo para estimar el impacto de las prácticas comunes de conservación del suelo en la erosión del suelo.

    Materiales

    • Computadora con acceso a internet y proyector

    *Nota*

    Para este laboratorio necesitarás traer tu libro de texto para conferencias, y una computadora portátil o tableta. Si no tiene una computadora portátil o tableta, por favor compártela con un compañero.

    Lectura Recomendada

    Asignación Prelab

    Usando la lectura recomendada y la introducción a este laboratorio, considere las preguntas que se enumeran a continuación. Estas definiciones/preguntas proporcionarán un resumen conciso de los principales conceptos a abordar en el laboratorio. También servirán de base para el cuestionario posterior al laboratorio y son útiles notas de estudio para los exámenes.

    1. Describir la diferencia entre las tasas de erosión geológica y las tasas de erosión exhibidas por los suelos manejados.
    2. Identificar el tamaño de partícula del suelo más susceptible a la erosión por el viento.
    3. Identificar la clase de textura del suelo el tamaño es más susceptible a la erosión por el agua.
    4. Identificar y describir los tres métodos de transporte de sedimentos por viento.
    5. Definir la erosión de lámina, rizo y barranco por agua.
    6. Nombrar los factores incluidos en RUSLE.
    7. Identificar y describir tres prácticas de conservación utilizadas para reducir la erosión hídrica
    8. Identificar y describir dos prácticas de conservación utilizadas para reducir la erosión eólica.

    Introducción

    En todo el mundo hay aproximadamente cinco mil millones de hectáreas de tierra degradada, lo que representa aproximadamente el 43% de la superficie terrestre de la Tierra. De esos cinco mil millones de hectáreas, la causa más común de tierras degradadas (dos mil millones de hectáreas) es la degradación del suelo por erosión, compactación, costras superficiales, acidificación o acumulación de sal. La mayor parte de esa degradación (85%) proviene de la erosión hídrica y eólica.

    Sin embargo, la erosión es un proceso natural. La erosión geológica es un proceso que transforma el suelo en sedimento. Se lleva a cabo de forma natural sin la influencia de ninguna actividad humana. Las tasas de erosión geológica son lo que ha tallado y conformado todos los paisajes que habitamos hoy en día. Las tasas típicas de erosión geológica son aproximadamente de 1 ton/ac al año.

    La erosión acelerada ocurre cuando las actividades humanas aumentan las tasas de erosión muy por encima de las tasas de erosión geológica. Ocurre cuando las personas perturban el suelo, o la vegetación que cubre el suelo. Tales prácticas incluyen el sobrepastoreo de ganado, la tala de bosques, el arado de laderas o el desgarro de tierras para proyectos de construcción. La erosión acelerada puede ser de 10 a 1000 veces más destructiva que la erosión geológica.

    La erosión del suelo incluye dos procesos separados: la erosión del suelo por el agua y la erosión del suelo por el viento. La erosión hídrica comienza con el desprendimiento cuando las gotas de lluvia bombardean los agregados del suelo, separando algunos de ellos del agregado. Estas partículas de suelo independientes son mucho más pequeñas y se transportan más fácilmente. Las partículas transportadas finalmente se depositan en un área baja, completando el proceso de separación, transporte-deposición en tres partes. El transporte puede ocurrir debido a las salpicaduras de la gota de lluvia, o por el agua corriente que transporta sedimentos cuesta abajo.

    La erosión hídrica comienza con la erosión laminar donde el suelo salpicado se mueve de manera uniforme, pero algunas columnas de suelo que estaban protegidas por guijarros pueden permanecer. Cuando el agua se reúne en pequeños canales debido a irregularidades en el paisaje, esos canales inciden en la superficie del suelo formando un riachuelo. Los montantes se pueden alisar con equipos de labranza. Si se acumula suficiente agua, se puede formar un barranco, que es esencialmente un gran riachuelo que es tan profundo que no puede ser alisado por equipos de labranza. La erosión interill es la erosión laminar que ocurre entre rills. La mayor parte de la erosión del suelo se debe a la erosión de hojas y arroyos.

    La erosión eólica es mayor en regiones áridas y semiáridas, como Kansas, aunque puede ocurrir hasta cierto punto en regiones húmedas. De manera similar a la erosión hídrica, la erosión eólica implica tres procesos: desprendimiento, transporte y deposición. El desprendimiento ocurre cuando los fuertes vientos empujan y rebotan partículas pesadas a lo largo de la superficie. A medida que esto sucede, las partículas de limo y arcilla se pueden separar de los agregados, y pueden llegar a ser aerotransportadas y transportadas a grandes distancias. El sedimento es transportado por tres métodos: saltación, fluencia del suelo y suspensión. La saltación ocurre cuando las partículas del suelo se mueven por rebotes cortos, y ocurre con partículas de tamaño mediano de 0.1 a 0.5 mm de diámetro. La fluencia del suelo ocurre con partículas más grandes, >1.0 mm de diámetro, e involucra a estas partículas grandes rodando a lo largo de la superficie. La suspensión ocurre cuando las partículas se suspenden en el aire de varios metros a muchos kilómetros. Solo las partículas más pequeñas (<0.1 mm de diámetro) son transportadas por suspensión.

    Actividad 1: Videos de Erosión del Suelo

    Vea los siguientes videos publicados en K-State Online, responda las siguientes preguntas.

    Video: Impacto de gotas de lluvia en una superficie arenosa (Cheng et al., 2014)

    De los tres impactos de caída de lluvia mostrados, ¿qué velocidad parecía tener el mayor impacto, 1.0 m/s, 3.3 m/s o 5.4 m/s? (Se muestran en ese orden en el video)

    ¿Cómo podría impactar la velocidad del desprendimiento de gotas de lluvia? Explique.

    ¿Cómo podría la velocidad de la gota de lluvia impactar la distancia que las partículas del suelo se mueven debido a las salpicaduras? Explique.

    Video: Lluvia Cámara Lenta HD Fuertes Gotas de Lluvia Caen en cámara lenta Video de gotitas golpeando el agua (Directorio de enlaces de viaje, 2013

    El flujo turbulento (violento) de agua es más erosivo para las partículas del suelo que el flujo laminar (suave). En este video, ¿el agua es turbulenta? Además, ¿cómo podría cambiar la erosividad de una tormenta de lluvia dependiendo de qué tan intensa sea la lluvia?

    Video: Erosión eólica (officemmdivide, 2011)

    ¿Cuál es la velocidad a la que las gotas de lluvia pueden “atacar el suelo”?

    Si la velocidad del viento aumenta de 20 mph a 30 mph, ¿cuánto aumenta la tasa de erosión?

    Rellenar los porcentajes de transporte de sedimentos por cada uno de los tres modos de transporte por viento:

    Cuadro 16.1. Porcentajes de Sedimento Transportado por Cada Modo de Transporte

    Saltación
    Suspensión
    Creep

    Dibuja un diagrama a continuación que muestre los tres tipos de transporte de sedimentos por viento.

    Actividad 2: Estimación de la Erosión del Suelo por Agua

    Para estimar las tasas actuales de erosión hídrica y prescribir mejores prácticas de manejo (BMP) que reduzcan las tasas de erosión, se requirió un método preciso para estimar la erosión del suelo. El primer modelo que se utilizó para estimar la erosión se conoce como la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE). Se trata de un modelo empírico, es decir, que se desarrolló a partir de la experimentación. Posteriormente se revisó para formar la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE). Para ambos modelos se utilizó la siguiente ecuación:

    \[\text{A}=\text{R}\times\text{K}\times\text{LS}\times\text{C}\times\text{P} \nonumber\]

    Donde A es la pérdida anual de suelo (toneladas/ac), R es la erosividad de la lluvia, K es la erobilidad del suelo, LS es el factor combinado de la longitud de la pendiente y el gradiente de pendiente, C es para la cobertura y P es factores de control de erosión. Los factores R y K no se pueden cambiar a través de la gestión. El factor LS se puede cambiar a través de terrazas. El factor C se puede cambiar con el manejo de los residuos de los cultivos, como a través de labranza de conservación o cultivos de cobertura. El factor P se puede cambiar mediante el uso de cultivos en tiras, labranza de contorno o terrazas.

    La información requerida para este cálculo se puede encontrar de una variedad de fuentes. El factor R se puede encontrar en mapas puestos a disposición del Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) o a través del servicio de extensión. El factor K se puede encontrar en la Web Soil Survey. El factor LS se determina a partir de una tabla de factores (asumiendo que se ha recopilado la longitud de la pendiente y el gradiente de pendiente de su sitio de campo) o de un mapa topográfico. El factor C se puede estimar usando tablas, a menudo desde el servicio de extensión. Por último, P se puede encontrar a partir de tablas proporcionadas por el NRCS.

    Vas a estimar la tasa de erosión por pendiente en la granja de aprendizaje estudiantil, ubicada en la Agronomía North Farm al norte del estadio Bill Snyder Family Stadium, en Manhattan, KS, que se encuentra en el condado de Riley. El factor de erosividad (R) para el condado de Riley es de 175.

    Encontrará el valor K utilizando la Encuesta Web de Suelos. Usando su computadora, navegue a la Encuesta de Suelos Web. Navega hasta el condado de Riley, Kansas, luego haz zoom hasta que el campo al norte del estadio llene la mayor parte de tu pantalla. El campo limita con Marlatt Ave al norte, Denison Ave al este, Kimball Ave al sur y College Ave al oeste. Usando la herramienta AOI rectangular, dibuja un rectángulo sobre el campo con esas carreteras como límites, luego haga clic en la pestaña “Mapa de suelo”. Obsérvese que el franco limoso 3919 de Smolan, de 1 a 3% de pendientes, es la unidad de mapeo de suelos más prominente, cubriendo aproximadamente 35% del campo (o aproximadamente 150 ac). Haga clic en la pestaña “Explorador de datos del suelo”, luego haga clic en la subpestaña “Propiedades y Cualidades del Suelo”. Expanda “Factores de Erosión del Suelo, y haga clic en “Factor K, Suelo Entero”. Haga clic en “Ver clasificación” para cargar esos datos en el mapa. Desplácese hacia abajo y anote la “Calificación” para el Símbolo de Unidad de Mapa 3919. Gránzalo a continuación.

    A continuación se determinará el factor topográfico (LS). Vuelva a la pestaña “Mapa de suelos”. Vas a estimar la tasa de erosión para la terraza superior del campo a lo largo de College Ave. Tu instructor te mostrará dónde, precisamente. Determine la longitud de la pendiente usando la herramienta “Medir distancia” en la parte superior del mapa que parece una regla verde lima. Haga clic en la cima de la colina cerca de la zanja, luego haga doble clic en la primera terraza. Desplázate hacia abajo hasta la parte inferior de la pantalla para determinar la longitud del segmento. También se necesita la pendiente porcentual. Normalmente esto se mide en campo usando un clinómetro. Sin embargo, hoy asumiremos que es una pendiente de 2% (la mitad de la descripción de la unidad de mapeo de suelos de 1 a 3% de pendiente). Usando el Cuadro 16.2, determine el factor LS dada la longitud de pendiente que midió combinada con una pendiente del 2%. Tenga en cuenta que si su valor cae entre dos valores listados en la tabla, se recomienda que use el valor más alto para el gradiente de pendiente y/o la longitud de la pendiente, para calcular una estimación de erosión más conservadora (es decir, mayor tasa de erosión).

    Cuadro 16.2. Valores para Factor Topográfico (LS).

    Gradiente de pendiente Longitud de la pendiente (ft)
    (%) 50 100 150 200 300 400 600
    2 0.16 0.20 0.23 0.25 0.28 0.30 0.34
    4 0.30 0.40 0.47 0.53 0.62 0.70 0.82
    6 0.49 0.67 0.82 0.95 1.17 1.35 1.65
    8 0.70 0.99 1.21 1.41 1.72 1.98 2.43
    10 0.97 1.37 1.68 1.94 2.37 2.74 3.36
    12 1.28 1.80 2.21 2.55 3.13 3.61 4.42
    14 1.62 2.30 2.81 3.25 3.98 4.59 5.62
    16 2.01 2.84 3.48 4.01 4.92 5.68 6.95
    18 2.43 3.43 4.21 4.86 5.95 6.87 8.41
    20 2.88 4.08 5.00 5.77 7.07 8.16 10.00

    Tabla adaptada de Jones et al. (1988) con permiso.

    A continuación, determinar la pérdida promedio anual de suelo en toneladas/acre, asumiendo que no se están utilizando prácticas de conservación, y que se está utilizando labranza convencional (recta arriba y abajo del cerro):

    \[\text{A}1=\text{R}\times\text{K}\times\text{LS} \nonumber\]

    \[\text{A}1= \nonumber\]

    Para comparar esa tasa de erosión con la “tasa tolerable”, comúnmente conocida como T, navegue a la pestaña “Propiedades y Cualidades del Suelo” dentro de la pestaña “Explorador de datos de suelos” en la Encuesta de suelos web. Haga clic en “Factor T”, luego haga clic en “Ver Calificación” para poblar el mapa. Desplácese hacia abajo hasta la parte inferior de la página para ver la calificación en toneladas por acre al año.

    ¿Cómo se compara la tasa de erosión bajo labranza convencional con la tasa de erosión tolerable?

    El agricultor quiere reducir la tasa anual de erosión de esta pendiente, y necesita su ayuda para comparar los impactos de las posibles prácticas de conservación. Una posibilidad es cambiar a una práctica de labranza de conservación en una rotación de trigo sobre trigo que deje al menos 30% de la superficie del suelo cubierta al momento de plantar el siguiente cultivo. Utilice la Tabla 16.3 para determinar el factor C para la rotación trigo sobre trigo si 30% de la superficie del suelo está cubierta de residuo al momento de plantar el siguiente cultivo bajo labranza de conservación.

    Cuadro 16.3. Valores de cobertura y manejo (C) para combinaciones de labranza y cobertura de residuos después de la siembra y secuencia de cultivos para rotaciones de trigo.

    Labranza Labranza Labranza Labranza Labranza Labranza Sin labranza Sin labranza Sin labranza Sin labranza Sin labranza Sin labranza
    Residuo < 5% (Otoño) < 5% (Muelle) 20% 30% 40% 50% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
    Rotación
    W-B - - - - - - - 0.07 0.06 -
    W-M - - - - - - - - - - -
    W-W 0.20 0.20 0.10 0.09 0.08 0.07 - - - - - 0.04
    W-O 0.23 0.23 0.12 0.11 0.09 0.08 - - - 0.05 0.04
    W-Co 0.16 0.16 0.13 0.11 0.10 0.08 - - - 0.06 0.05 -
    Co-W 0.34 0.30 0.14 0.11 0.10 0.09 0.14 0.13 0.11 0.10 0.08 0.06
    B-W 0.30 0.28 0.18 0.16 0.12 - - - - - - 0.03

    Tabla adaptada de Jones et al. (1988) con permiso.
    † El sorgo (milo) puede ser sustituido por maíz; todos los valores de C son para plantaciones en hileras anchas.
    ‡ Abreviaturas de cultivos son las siguientes: Co, maíz; B, soja; W, trigo de invierno; M, prado (alfalfa, trébol, pasto, etc.); Fl, barbecho.

    Utilizando los valores del cálculo anterior de RUSLE (A1) anterior, incorporar el factor C para determinar la tasa de erosión resultante después de la implementación de labranza de conservación.

    \[\text{A}2=\text{R}\times\text{K}\times\text{LS}\times\text{C} \nonumber\]

    \[\text{A}2= \nonumber\]

    ¿Cómo se compara la tasa de erosión bajo labranza de conservación con la tasa de erosión tolerable?

    ¿Cómo se compara la tasa de erosión bajo labranza de conservación con la tasa de erosión bajo labranza convencional?

    El agricultor quiere saber qué opciones hay disponibles que no requieren la compra de nuevos equipos (como una sembradora o un taladro diseñado para plantar a través de rastrojo). Determinar el factor Pc para cultivo de contorno usando la Tabla 16.4 en el uso de la pendiente del 2% para nuestro campo.

    Suponiendo que se seguirá utilizando labranza convencional (sin factor C), calcule la tasa de erosión si solo se utilizó labranza de contorno, utilizando los mismos valores de R, K y LS del cálculo anterior de RUSLE anterior (A2).

    \[\text{A}3=\text{R}\times\text{K}\times\text{LS}\times\text{C}\times\text{Pc} \nonumber\]

    \[\text{A}3= \nonumber\]

    Cuadro 16.4. Valores de prácticas de conservación (P) para cultivo de contorno y cultivo de tiras de contorno.

    Cultivo de Contorno Cultivo de Contorno Recorte de tiras de contorno Recorte de tiras de contorno Recorte de tiras de contorno
    Gradiente de pendiente (%) Longitud máxima de la pendiente (ft) Valor P Ancho de la tira (ft) Valor P, RGMM Valor P, RRGM
    1 - 2 400 0.6 130 0.30 0.45
    3 - 5 300 0.5 100 0.25 0.38
    6 - 8 200 0.5 100 0.25 0.38
    9 - 12 120 0.6 80 0.30 0.45
    13 - 16 100 0.7 80 0.35 0.52
    17 - 20 100 0.8 60 0.40 0.60

    Tabla adaptada de Jones et al. (1988) con permiso. †El cultivo en tiras utiliza una rotación de cuatro años de cultivo en hilera seguido de un año de un grano pequeño y dos años de pradera (forrajes) para RGMM, o utiliza dos años de cultivos en hilera seguidos de un año de grano pequeño y un año de prado para RRGM. Prado incluye alfalfa, trébol, pasto, etc.

    ¿Cómo se compara la tasa de erosión bajo labranza de contorno con la tasa de erosión tolerable?

    ¿Cómo se compara la tasa de erosión bajo labranza de contorno con la tasa de erosión solo bajo labranza de conservación?

    A continuación probaremos el impacto de instalar terrazas en el paisaje. Utilizando la Tabla 16.5, determinar el factor Pt. Cuando se instalan terrazas, también se suele utilizar labranza de contorno. También, tenga en cuenta que la instalación de una terraza da como resultado una longitud más corta de la pendiente (porque la terraza impide que el agua siga corriendo cuesta abajo), por lo que este cálculo se realiza para cada terraza de manera individual. También tenga en cuenta que el factor P neto se determina multiplicando el

    Pc y Pt juntos, o escribiendo el RUSLE de la siguiente manera:

    \[\text{A}4=\text{R}\times\text{K}\times\text{LS}\times\text{Pc}\times\text{Pt} \nonumber\]

    Cuadro 16.5. Valores de prácticas de conservación (P) para terrazas con salidas subterráneas o vías fluviales.

    Intervalo de terraza Outlets subterráneos Vías fluviales con grado porcentual de:
    (pies) 0.1-0.3 0.4-0.7 0.8
    Valores de Pt Valores de Pt Valores de Pt Valores de Pt
    <110 0.5 0.6 0.7 1.0
    110-140 0.6 0.7 0.8 1.0
    140-180 0.7 0.8 0.9 1.0
    180-225 0.8 0.8 0.9 1.0
    225-300 0.9 0.9 1.0 1.0
    300+ 1.0 1.0 1.0 1.0

    Tabla adaptada de Jones et al. (1988) con permiso.

    Supongamos que una terraza tiene una longitud de pendiente de 130 pies, tiene el mismo porcentaje de pendiente anterior (2%), usa salidas subterráneas para eliminar el exceso de agua, y que las prácticas de labranza de contorno se están utilizando como se describió anteriormente, calcular la tasa de erosión para esa sola terraza.

    \[\text{A}4= \nonumber\]

    ¿Cómo se compara esa tasa de erosión con la tasa de erosión tolerable?

    ¿Cómo se compara esa tasa de erosión con la probable tasa de erosión geológica de 1 ton/ac/año?

    Ahora, calcule la tasa de erosión si la labranza de conservación, la labranza de contorno y las terrazas se usaron juntas para la conservación del suelo como se describieron anteriormente.

    \[\text{A}5=\text{R}\times\text{K}\times\text{LS}\times\text{C}\times\text{Pc}\times\text{Pt} \nonumber\]

    \[\text{A}5= \nonumber\]

    ¿Cómo se compara esa tasa de erosión con la tasa de erosión tolerable?

    ¿Cómo se compara esa tasa de erosión con la probable tasa de erosión geológica de 1 ton/ac/año?

    Teniendo en cuenta sus resultados, ¿tendría sentido económico instalar terrazas además de utilizar labranza de contorno y labranza de conservación si el objetivo es reducir las tasas de erosión a tasas casi geológicas?

    Describir cómo podría usarse el modelo USLE para tomar decisiones de manejo con respecto a prácticas de labranza o terrazas, específicamente, cómo podría un conservacionista de suelos trabajar con un agricultor para alcanzar una tasa de erosión verdaderamente sustentable de la manera más fácil y económicamente factible posible.

    Actividad 3: Prevención de la erosión eólica

    Al principio, la estimación de las tasas de erosión eólica se basó en la Ecuación de Erosión Eólica similar a la de RUSLE. Es el siguiente:

    \[\text{E}=\text{F}\times\text{I}\times\text{C}\times\text{K}\times\text{L}\times\text{V} \nonumber\]

    Donde E es la tasa anual de erosión eólica en toneladas/ac, I es el factor de erosionabilidad del suelo, C es el factor climático, K es el factor de rugosidad del suelo, L es el factor ancho del campo y V es el factor de cobertura vegetativa. Si bien este modelo hace un buen trabajo al visualizar los factores primarios que controlan la erosión eólica, la precisión de la predicción de las tasas de erosión eólica ha aumentado considerablemente a través de modelos basados en computadora, como la Ecuación de Erosión Eólica Revisada (RWEQ) y el Sistema de Predicción de Erosión Eólica (WEPS). Sin embargo, como puede ver, la cobertura vegetativa, la rugosidad de la superficie y la longitud del campo son factores que pueden ser manipulados por el agricultor para reducir la erosión eólica.

    Describir al menos una manera en la que la rugosidad de la superficie puede ser manejada para reducir la velocidad del viento, y así la erosión eólica.

    Describir cómo funcionan los cortavientos y los cinturones refugio, y cómo deben orientarse en relación con el viento predominante.

    El cultivo en tiras es una práctica de conservación utilizada para reducir la erosión hídrica. También se utiliza en la reducción de la erosión eólica. Describir el cultivo de franjas y comparar y contrastar cómo se utiliza la práctica para la reducción de la erosión eólica y la reducción de la erosión hídrica.

    Asignación: Cuestionario en línea

    Un cuestionario para este laboratorio estará disponible en línea. Por favor acceda a él según lo indique su instructor.


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