4.3: Cuantificación y manejo de la erosión del suelo en tierras de cultivo
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Jaana Uusi-Kämppä
Impactos en la Calidad del Agua, Recursos Naturales
Instituto de Recursos Naturales de Finlandia (Lucas)
Términos Clave
| Desapego | Erosión hídrica | Ecuación Universal de Pérdida de Suelo |
| Transporte | Erosión eólica | Medición |
| Deposición | Erosión de labranza | Monitoreo |
Variables
Introducción
El suelo es un recurso natural importante en la producción de alimentos y por lo tanto es importante cuidar el suelo de manera sustentable. En las áreas de cultivo, la capa superior del suelo se degrada al agotar los nutrientes disponibles y por la eliminación del material del suelo de la superficie del suelo a través de la erosión causada por el agua o el viento. La erosión suele ocurrir más rápidamente cuando el suelo es perturbado por la actividad humana o durante condiciones climáticas extremas como altas precipitaciones o sequía. La pérdida de suelo de un campo disminuye la fertilidad del suelo y, por lo tanto, el rendimiento de los cultivos debido al agotamiento de los nutrientes, la reducción del carbono orgánico del suelo y el debilitamiento de las propiedades físicas del suelo (Zhang y Wang, 2006). Estimaciones globales recientes sugieren que la erosión del suelo elimina entre 36 y 75 mil millones de toneladas de suelo fértil cada año (Borelli et al., 2017; Fulajtar et al., 2017) causando impactos adversos a las tierras agrícolas y al medio ambiente.
Además de la pérdida de suelo fértil de tierras de cultivo, los procesos de erosión provocan el entierro de los cultivos y muchos problemas ambientales, como la sedimentación y contaminación de los cursos de agua receptores y la degradación de la calidad del aire. Los productos agroquímicos como el fósforo y algunos pesticidas adsorbidos en partículas erosionadas del suelo pueden ser transportados desde las tierras de cultivo. Al recibir cuerpos de agua, los químicos pueden desorberse y causar floraciones de algas o dañar los ecosistemas locales. Debido a los muchos efectos nocivos causados por la erosión del suelo, es importante comprender los procesos de erosión y cómo monitorearlos y prevenirlos, así como cómo reducir los impactos ambientales dañinos tanto en la fuente como en las áreas impactadas (o objetivo). Estos temas se exploran con más detalle en este capítulo.
Resultados
Después de leer este capítulo, deberías poder
- • Definir erosión del suelo y explicar la mecánica de erosión y los mecanismos de transporte
- • Describir métodos de medición y monitoreo para cuantificar la erosión
- • Explicar y aplicar la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE) para estimar la pérdida de suelo por agua
- • Calcular la pérdida promedio anual de suelo y el efecto de diferentes prácticas de labranza en las tasas de erosión
Conceptos
¿Qué es la erosión del suelo?
La erosión del suelo es un proceso geomorfológico natural por el cual el suelo superficial es aflojado y arrastrado por un agente erosivo como el agua o el viento. Otros agentes, como la congelación y descongelación, la gravedad, la labranza y la actividad biológica provocan el movimiento del suelo. La actividad humana ha acelerado la erosión durante muchos años, con cambios en el uso del suelo que hacen que el suelo sea propenso a la erosión acelerada por lo que la pérdida es más rápida que la La labranza, y especialmente el arado, generalmente mantiene la superficie del suelo desnuda durante el invierno. El suelo desnudo es propenso a la erosión, mientras que el pasto permanente o la cubierta vegetal de invierno (es decir, cultivos de cobertura o rastrojo) en la superficie del suelo protege los suelos de la erosión. La erosión del suelo es un problema local, nacional y global. En el futuro, los procesos de erosión pueden intensificarse debido al incremento de eventos climáticos extremos pronosticados con el cambio climático. También aparecen nuevas áreas de erosión debido a la deforestación, la tala de tierras para el cultivo y el calentamiento global.
Procesos de erosión del suelo
El proceso de erosión del suelo consta de tres partes diferentes: desprendimiento, transporte y deposición. Primero, las partículas del suelo se desprenden por la energía de las gotas de lluvia que caen, el agua corriente o el viento. Las partículas de suelo con la menor cohesión son más fáciles de aflojar. Las partículas desprendidas del suelo son transportadas luego por escorrentía superficial (también conocida como flujo terrestre) o viento. Finalmente, las partículas del suelo comienzan a asentarse, o depositarse, cuando disminuye la velocidad del flujo terrestre o la capacidad de transporte del viento y los sedimentos. Las partículas depositadas se llaman sedimento. Las partículas más pesadas, como grava y arena, se depositan primero, mientras que las partículas finas de limo y arcilla generalmente se pueden transportar durante una distancia y tiempo más largas antes de la deposición. Aunque las partículas de arena fina se desprenden más fácilmente que las de un suelo arcilloso, las partículas de arcilla se transportan más fácilmente que las partículas de arena en el agua (Hudson, 1971).
Además de la energía del agua o del viento utilizada tanto en el desprendimiento como en el transporte de partículas del suelo, la gravedad puede impactar la erosión ya sea directamente, es decir, el suelo que se mueve cuesta abajo sin agua (por ejemplo, movimiento de masa de caída), o indirectamente (por ejemplo, tirando de la lluvia a la Tierra o arrastrando aguas de inundación hacia abajo). La bioturbación, que es la reelaboración de suelos y sedimentos por animales o plantas, también puede desempeñar un papel importante en el transporte de sedimentos. Por ejemplo, árboles desarraigados, invertebrados que viven bajo tierra y se mueven a través del suelo (por ejemplo, lombrices de tierra) y muchos mamíferos que excavan en el suelo (por ejemplo, moles) pueden causar el transporte del suelo cuesta abajo (Gabet et al., 2003).
En algunos otros procesos de erosión, los ciclos de congelación y descongelación o humectación y secado de suelos arcillosos debilitan o descomponen los agregados del suelo y hacen que el suelo sea más susceptible a la erosión. En áreas boreales (es decir, áreas del norte con inviernos largos y veranos cortos, fríos a suaves), la erosión del suelo puede ser alta durante los períodos de deshielo como resultado de suelos saturados de agua, cobertura vegetal limitada y alto flujo terrestre (Puustinen et al., 2007). La erosionabilidad del suelo es alta en suelos recientemente descongelados, ya que el alto contenido de agua disminuye la fuerza cohesiva de los agregados del suelo (Van Klaveren y McCool, 1998).
Erosión de labranza
La erosión del suelo causada por la labranza también se ha vuelto más importante con el desarrollo de la agricultura mecanizada, mientras que la erosión del suelo causada por el agua y el viento ha movido a la Tierra durante millones de años. La erosión de labranza se ha intensificado con mayor velocidad de labranza, profundidad y tamaño de las herramientas de labranza, y con la labranza de tierras más empinadas y onduladas (Lindstrom et al., 2001). La cantidad de suelo movido por labranza puede superar la movida por la erosión interrill y rill (Lindstrom et al., 2001). En las zonas agrícolas, la labranza es el principal contribuyente a las tasas de erosión aceleradas. En ciertas áreas, por ejemplo, Estados Unidos y Bélgica, la erosión de la labranza ha creado bancos de suelo de varios metros de altura cerca de las fronteras del campo (Lindstrom et al., 2001). El movimiento neto del suelo por labranza generalmente se presenta como unidades de volumen, masa o profundidad por unidad de ancho de labranza (por ejemplo, litro m −1, kg m −1, o cm m −1, respectivamente).
Tipos de erosión del suelo causada por el agua en tierras de cultivo
La erosión del suelo causada por el agua se puede clasificar en varias formas incluyendo chapoteo, lámina, interrill, riachuelo, barranco y banco (Toy et al., 2002). La erosión por salpicaduras es causada por el impacto de las gotas de lluvia (Fernández-Raga et al., 2017). Las pequeñas partículas de suelo se desprenden del material agregado por la energía de las gotas que caen y se salpican en el aire (Figura 4.3.1). Las partículas pueden depositarse en la superficie del suelo cercana o en el agua que fluye.
La erosión de las hojas ocurre cuando una capa delgada de suelo se elimina uniformemente de un área grande por las salpicaduras de lluvia y el agua de escorrentía que se mueve como una capa delgada de flujo terrestre. Ocurre generalmente en pendientes uniformes. Se supone que la erosión laminar es la primera fase del proceso de erosión, y se supone que las pérdidas de suelo son bastante pequeñas (Toy et al., 2002).
Los rills son canales pequeños, de menos de 5 cm de profundidad. Existen cuando el flujo terrestre (o escorrentía superficial) comienza a concentrarse en varios pequeños riachuelos de agua en la superficie del suelo. El desprendimiento de partículas de suelo es causado por escorrentía superficial (Toy et al., 2002). En general, si un pequeño canal puede ser borrado con operaciones agrícolas normales, es un riachuelo más que un canal. Después de la obliteración, los rills tienden a formarse en una nueva ubicación.
Las áreas entre rills se denominan áreas interrill, y la erosión allí se define como erosión interrill (Toy et al., 2002). La erosión Interrill es un tipo de erosión de lámina porque es uniforme sobre el área de interrill. El desprendimiento ocurre por el impacto de las gotas de lluvia, y tanto la escorrentía superficial como las partículas desprendidas del suelo tienden a fluir hacia los arroyos adyacentes.
Los barrancos son canales grandes y anchos que están tallados por el agua corriente (Figura\(\PageIndex{2}\)). Los barrancos efímeros pueden ocurrir en las tierras de cultivo y pueden llenarse de tierra durante las operaciones de labranza (Toy et al., 2002). La macrotopografía de la superficie permite la formación de barrancos efímeros después del rellenado por labranza. Los barrancos a veces pueden ser lo suficientemente grandes como para evitar el cultivo del suelo. Estos barrancos se llaman barrancos permanentes, o clásicos,. Este tipo de erosión de barrancos causa graves daños a un campo y produce altas cargas de sedimentos al agua.
La erosión de los bancos es la eliminación directa de partículas de suelo de un banco de corriente mediante el flujo de agua La erosión de los bancos es la subcotización progresiva, depuración y desplome de los lados de los canales de corrientes naturales y canales de drenaje construidos (OMAFRA, 2012b).
Tipos de Erosión Eólica
La suspensión, la salación y la fluencia superficial son tres tipos de movimiento del suelo durante la erosión eólica (Figura\(\PageIndex{3}\)). La forma dominante de erosión depende principalmente del tipo de suelo y tamaño de partícula. La arena pura se mueve por fluencia superficial y salación. Los suelos con alto contenido arcilloso se mueven bajo salación. El sedimento movido por fluencia y salación puede depositarse muy cerca del área de origen, a lo largo de una cerca, en una zanja cercana o en un campo (Toy et al., 2002). En suspensión, las partículas finas (diámetro menor a 0.1 mm) son trasladadas a la atmósfera por fuertes vientos o por impacto con otras partículas. Se pueden transportar distancias extremadamente largas antes de regresar a la tierra por medio de la lluvia o cuando los vientos disminuyen. En la saltación, las partículas de suelo que rebotan (diámetro 0.1—0.5 mm) se mueven cerca de la superficie del suelo. Una fracción importante del suelo movido por el viento es a través del proceso de salación. En la fluencia superficial, las partículas grandes del suelo (diámetro 0.5—1 mm), que son demasiado pesadas para ser levantadas al aire, ruedan y se deslizan a lo largo de la superficie del suelo. Las partículas pueden quedar atrapadas por un surco o un área vegetada.
Factores que influyen en la erosión hídrica y eólica
La erosión del suelo se ve afectada por varios factores como clima, lluvia, escorrentía, pendiente, topografía, velocidad y dirección del viento, características del suelo, cobertura del suelo como vegetación o mantillo, y técnicas de cultivo. Por ejemplo, en climas áridos con pendientes pronunciadas sin buena cobertura vegetal, durante las fuertes lluvias la erosión del suelo es mucho mayor que en campos nivelados con cobertura vegetal robusta en un clima templado. Como otro ejemplo, los suelos con alta materia orgánica son naturalmente más cohesivos y, por lo tanto, menos susceptibles al desprendimiento que los suelos con baja materia orgánica.
La erosión hídrica ocurre en áreas donde la intensidad, la duración y la frecuencia de las lluvias son lo suficientemente altas como para causar escorrentía. La erosión eólica es más común en áreas áridas y semiáridas donde ocurren condiciones secas y ventosas. Cuando el agua de lluvia excede la infiltración (es decir, permeación de agua en el suelo por filtración) en la superficie del suelo, comienza a ocurrir escorrentía. La capacidad de infiltración depende del tipo de suelo. Por ejemplo, el agua se infiltra más rápidamente en suelos arenosos que arcillosos; sin embargo, la infiltración de agua puede mejorarse en suelos con textura arcillosa mediante la formación de agregados. Los agregados, que consisten en arena fina, limo y arcilla, se forman típicamente junto con un adhesivo mixto que incluye materia orgánica, arcillas, óxidos de hierro (Fe) y aluminio (Al) y cal. Al principio, la escorrentía del agua de lluvia tiene un impacto en los materiales ligeros (es decir, limo, materia orgánica y partículas de arena fina) en el suelo, mientras que durante las lluvias fuertes, las partículas más grandes también son transportadas por el agua de escorrentía. La topografía (es decir, longitud de pendiente y gradiente) también es un factor importante para la erosión hídrica, ya que las pendientes más largas o más pronunciadas se asocian con mayores tasas de erosión.
Las superficies de suelo cubiertas por vegetación densa o mantillo son menos propensas a la erosión hídrica debido a su protección contra el poder erosivo de las gotas de lluvia y el agua de escorrentía. Las plantas también usan agua, y sus raíces se unen a las partículas del suelo. La erosión eólica puede ser contrarrestada por la vegetación, que proporciona refugio del viento, intercepta sedimentos transportados por el viento y mantiene la superficie del suelo húmeda.
La alteración mecánica (por ejemplo, labranza del suelo) entierra vegetación o residuos que normalmente servirían como protección contra la erosión. Influencias antropogénicas, es decir, inducidas por el ser humano, como cambios en el manejo de la tierra (producción animal vs. producción de cultivos) y patrón de cultivo (rotación de cultivos vs. monocultivo), uso de maquinaria agrícola más pesada y compactación del suelo, aumentan el potencial de erosión hídrica y eólica de los suelos. Las prácticas de labranza reducida y labranza cero en tierras de cultivo han logrado reducir la erosión. Globalmente, la deforestación intensiva causa erosión del suelo en nuevas áreas agrícolas, incrementando la tasa neta de erosión.
Estimación y Modelación de Erosión de Suelos
La tasa promedio anual de erosión se puede estimar utilizando modelos matemáticos. Uno de los modelos más utilizados para estimar la pérdida de suelo por erosión hídrica es la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo, USLE (Wischmeier y Smith, 1978), y su actualización la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisado (RUSLE) o Ecuación Universal de Suelos Modificada (MUSLE). Según el USLE, los principales factores que afectan la erosión son el clima local, el suelo, la topografía (longitud e inclinación de las tierras de cultivo), el manejo de la cobertura y las prácticas de conservación.
La parcela de erosión estándar es de 22.13 m de largo y 4.05 m de ancho, con una pendiente uniforme de 9% en barbecho continuo, labrado arriba y abajo de la pendiente (Wischmeier y Smith, 1978), y es la base experimental para el desarrollo del modelo empírico USLE. La pérdida de suelo es evaluada de la siguiente manera por el USLE:
\[ A = R\ K\ LS\ C\ P \]
donde A = pérdida de suelo promedio anual calculada (Mg ha −1 año −1) por erosión de hojas y riachuelos
R = factor de erosividad de lluvia (MJ mm ha −1 h −1 año −1)
K = factor de erosionabilidad del suelo (Mg ha h ha −1 MJ −1 mm −1)
LS = factor topográfico (combina la longitud de la pendiente y los factores de inclinación L y S) (adimensional)
C = factor de manejo del cultivo (adimensional, que oscila entre 0 y 1)
P = factor de práctica de conservación (adimensional, que oscila entre 0 y 1; el valor alto, 1, se asigna a áreas sin prácticas de conservación)
Cada valor de la derecha se puede estimar a partir de figuras o tablas. Para minimizar la pérdida de suelo (A), cualquier valor de la derecha necesita disminuir. Las unidades de R y K en la Ecuación 4.3.1 son el resultado de adaptar el USLE para su uso en unidades SI. El USLE se derivó usando unidades estadounidenses habituales (por ejemplo, toneladas, pulgadas, acres). Con la aplicación internacional de USLE, la adopción de unidades SI fue importante. Varios autores (p. ej., Foster et al., 1981) han descrito enfoques para el uso del USLE en unidades SI.
Factor de Erosividad de Lluvia (R)
El factor de lluvia y escorrentía (R), está relacionado con la intensidad energética de las precipitaciones anuales, más un factor para la escorrentía de deshielo o agua aplicada (riego) (Wischmeier y Smith, 1978). La erosividad pluvial define la capacidad potencial de la lluvia para producir erosión. La erosividad depende únicamente de las propiedades de la lluvia (p. ej., velocidad de caída, diámetro de caída, tasa de precipitación y duración) y frecuencia de una tormenta. La mayor erosión ocurre cuando las lluvias de alta intensidad golpean una superficie de suelo desnudo sin cobertura vegetal. Las plantas o rastrojo son una buena cobertura contra la erosividad de las lluvias.
El Laboratorio Nacional de Investigación de Erosión del Suelo ha presentado una cifra del índice de erosión aérea para diferentes áreas de Estados Unidos que varía de <200 a 10,000 (Foster et al., 1981). Se encuentran disponibles varios mapas regionales y globales de erosividad pluvial (por ejemplo, ESDAC, 2017). La erosividad también varía según la temporada (Toy et al., 2002), siendo más alta durante el invierno y principios de primavera en las zonas boreales.
Factor de Erodibilidad del Suelo (K)
El factor de erosionabilidad del suelo es la tasa de pérdida de suelo por unidad de índice de erosión para un suelo específico medido en una parcela de erosión estándar. Se basa en la textura del suelo, estructura del suelo, porcentaje de materia orgánica y clase perfil-permeabilidad (Wischmeier y Smith, 1978; Foster et al., 1981) y refleja la susceptibilidad de un tipo de suelo a la erosión. Los suelos con alto contenido arcilloso tienen valores bajos de factor K debido a que los suelos arcillosos son altamente resistentes al desprendimiento de partículas de suelo. En general, hay poco control sobre el factor K ya que está influenciado en gran medida por la génesis del suelo. Sin embargo, algunas opciones de manejo pueden resultar en pequeños cambios en el factor K. Por ejemplo, al aumentar el porcentaje de carbono orgánico en el suelo, se puede disminuir el factor K, ya que la materia orgánica aumenta la cohesión del suelo.
El factor K en unidades SI (Mg ha h ha −1 MJ −1 mm −1) se puede estimar usando una ecuación de regresión que considera la textura del suelo, el contenido de materia orgánica, la estructura y la permeabilidad (Mohtar, n.d.):
\[ K = 2.8 \times 10^{-7} \times M^{1.1.4} (12 - a) + 4.3 \times 10^{-3} (b-2) + 3.3 \times 10^{-3} (c - 3) \]
donde M = parámetro de tamaño de partícula = (% limo +% arena muy fina) × (100 —% arcilla)
a = contenido de materia orgánica (%)
b = código de estructura del suelo (granular muy fino = 1; granular fino = 2; granular medio o grueso = 3; bloque, laminar o masivo = 4)
c = clase de permeabilidad del perfil del suelo (rápida = 1; moderada a rápida = 2; moderada = 3; lenta a moderada = 4; lenta = 5; muy lenta = 6)
El factor K también se puede leer de nomógrafos, por ejemplo, Foster et al. (1981) proporcionaron un nomógrafo en unidades SI.
En realidad, la erodibilidad del suelo es más complicada de lo que sugiere la Ecuación 4.3.2. Cuán erosionable es un suelo depende no sólo de las características físicas del suelo sino también de su tratamiento, lo que repercute en qué tan cohesivos son los agregados del suelo. Algunas variaciones del USLE, como el Segundo USLE Revisado (RUSLE2) utilizan un factor K más complicado y dinámico para dar cuenta de los efectos de manejo.
Factor Topográfico (LS)
El factor topográfico (llamado también factor de longitud de talud) describe el efecto combinado de longitud de talud y gradiente de pendiente. Este factor representa una relación de pérdida de suelo en condiciones dadas a la de la parcela estándar con 9% de pendiente. Así, LS = 1 para pendiente de pendiente de 9% y longitud de talud de 22.13 m (Wischmeier y Smith, 1978); LS > 1 para pendientes más pronunciadas y más largas que esa, y <1 para pendientes más suaves y más cortas. Por ejemplo, los valores del factor LS para una pendiente de 61 m de largo con pendiente de 5%, 10%, 14% y 20% son 0.758, 1.94, 3.25 y 5.77, respectivamente. Los factores LS para pendientes de 122 m y 244 m de largo con pendiente constante de 10% son 2.74 y 3.87, respectivamente. Cuanto más pronunciada y más larga sea la pendiente, mayor será el riesgo de erosión. El factor LS se puede determinar a partir de una tabla o tablas en referencias estándar (Wischmeier y Smith, 1978), o a partir de ecuaciones en las que tanto la longitud de la pendiente como la pendiente se han tenido en cuenta, por ejemplo, Wischmeier y Smith (1978):
\[ LS = (\frac{\lambda}{22.13})^{m} (65.41\ sin^{2}\theta+4.56\ sin\theta+0.065) \]
donde λ = longitud de pendiente (m)
θ = ángulo de pendiente
m = 0.5 si la pendiente es de 5% o más, 0.4 en pendientes de 3.5 a 4.5%, 0.3 en pendientes de 1 a 3%, y 0.2 en gradientes uniformes de menos de 1%
Ecuaciones como la Ecuación 4.3.3 se derivaron para condiciones específicas, por lo que se debe tener cuidado al usar la ecuación apropiada para la situación dada. Estas ecuaciones se pueden encontrar en diversas referencias USLE. Existe una capacidad limitada para cambiar el factor LS, excepto, notablemente, romper una pendiente larga en longitudes de talud más cortas a través de la instalación de terrazas.
Factor de gestión de la cubierta (C)
El factor de manejo de cobertura es una relación que compara la pérdida de suelo de un área con cobertura y manejo especificados con la de un área idéntica en barbecho continuo labrado. El valor de C en un determinado campo está determinado por varias variables, como dosel de los cultivos, mantillo de residuos, residuos incorporados, labranza y residuos de uso del suelo (Wischmeier y Smith, 1978).
El factor puede determinarse aproximadamente seleccionando el tipo de cobertura y el método de labranza que corresponde al campo y luego multiplicando estos factores juntos (OMAFRA, 2012a). La altura y densidad de un dosel reduce la energía pluvial. El mantillo de residuos cerca de la superficie del suelo es más efectivo para reducir la pérdida de suelo que los porcentajes equivalentes de cobertura del dosel (Wischmeier y Smith, 1978). Por ejemplo, incorporar residuos vegetales en la superficie del suelo mediante labranza poco profunda ofrece un mayor efecto residual que el arado de vertedera. El factor C para el tipo de cultivo varía de 0.02 (heno y pasto) a 0.40 (maíz de grano). El factor C para el método de labranza varía de 0.25 (labranza cero o de zona) a 1.0 (arado de caída). Sin embargo, la investigación local del factor C es altamente recomendable debido a las diferentes prácticas de cultivo, y por la interacción del momento del desarrollo de la cobertura de cultivos y el momento de la energía de las lluvias, que varía de un lugar a otro. La selección de cultivos y sistemas de labranza puede tener un gran impacto en el factor C.
Factor de Práctica de Conservación (P)
El factor de conservación (también práctica de apoyo o control de erosión) refleja los efectos de diversas prácticas que reducirán la cantidad y tasa de escorrentía de agua y, por lo tanto, reducirán la tasa de erosión (Wischmeier y Smith, 1978). Las prácticas de soporte de tierras de cultivo más utilizadas son el cultivo de taludes cruzados, el cultivo de contornos y el cultivo en franjas. El mayor valor del factor P de 1 se da en el caso en que no se consideran influencias de las prácticas de conservación. El valor de 1 también se le da a “pendientes arriba y abajo”, mientras que “strip crop, contour” obtiene el valor más bajo de 0.25 en la ficha informativa de Ministerio de Agricultura, Alimentación y Asuntos Rurales Ontario (OMAFRA, 2012a).
Medición y Monitoreo
La investigación científica y las mediciones de erosión son necesarias para comprender los procesos de erosión. La erosión se mide por tres razones principales: 1) inventarios de erosión, (2) investigación científica de erosión y (3) desarrollo y evaluación de prácticas de control de erosión (Toy et al., 2002). También se necesitan mediciones para el desarrollo de tecnología de predicción de erosión e implementación de recursos de conservación y desarrollo de regulaciones, políticas y programas de conservación (Stroosnijder, 2005). Las mediciones de erosión se utilizan para el desarrollo, calibración y validación de métodos de predicción de erosión.
Medidas Temporales y Espaciales
Las mediciones de erosión se realizan a diversas escalas temporales y espaciales (Toy et al., 2002). Por ejemplo, la duración del muestreo puede variar desde una sola tormenta o tormenta de viento hasta varios años.
Espacialmente, las mediciones de erosión hídrica pueden variar desde fuentes de sedimentos interrill y arroyos en laderas o parcelas experimentales hasta la descarga de sedimentos de cuencas hidrográficas. La presencia de rills da evidencia de los posibles problemas de erosión en el campo. La descarga de sedimentos de cuencas hidrográficas se utiliza en el diseño de yacimientos. Las mediciones de erosión eólica también van desde pequeñas parcelas hasta campos agrícolas y regiones enteras.
Inventarios de Erosión
En la planeación de mediciones de inventario de erosión, se deben incluir los siguientes temas (Toy et al., 2002): selección de sitio (s) de medición, frecuencia y duración de medición en los sitios, y técnicas de medición adecuadas. La selección de sitios se realiza de acuerdo a una estrategia de muestreo. La duración de la medición debe ser lo suficientemente larga como para capturar la variabilidad temporal de los procesos de erosión. La técnica de medición se selecciona de acuerdo con el tipo de erosión y la pregunta de estudio.
¿Cómo Medir?
La investigación de erosión es posible en el campo (al aire libre) o en el laboratorio (Toy et al., 2002). Stroosnijder (2005) presenta las siguientes cinco formas fundamentales de medir la erosión: (1) recolección de sedimentos de parcelas de erosión y cuencas hidrográficas, (2) cambio en la elevación de la superficie, (3) cambio en las dimensiones de la sección transversal del canal, (4) cambio en el peso y (5) el método del radionúclido. Tanto las mediciones directas como la tecnología de predicción de erosión se utilizan en los inventarios de erosión. Las técnicas de medición de erosión comúnmente utilizadas son baratas y rápidas pero no muy precisas. Los métodos más precisos son costosos y están más allá del presupuesto de muchos proyectos.
Campos Experimentales y Captaciones
En entornos de investigación al aire libre, se utilizan parcelas experimentales, campos de cultivo o cuencas de captación y la escorrentía puede ser causada por lluvias naturales o artificiales. La escorrentía superficial temporal (movimiento del flujo de agua por tierra exclusivamente sobre la superficie del suelo, pendiente descendente, durante fuertes lluvias) y la descarga subsuperficial (flujo de drenaje) de estos sitios se pueden medir y muestrear el agua para análisis de sedimentos. El muestreo se puede realizar automáticamente de acuerdo con el volumen de agua o el tiempo. Para estudios en interiores, se pueden usar bloques de suelo bajo un simulador de lluvia (por ejemplo, un simulador estacionario de lluvia tipo goteo) (Uusitalo y Aura, 2005). En ambos casos, se recolectan muestras representativas de agua para los análisis de concentración de sedimentos en el laboratorio.
Para predecir la carga de sedimentos para una determinada área de estudio y período de tiempo, la concentración de muestras de agua analizadas se multiplica por el volumen de agua del período de muestreo. El flujo de agua (L s −1) se puede medir en corriente con un caudalímetro o vertedero con muesca en V, y en tierras de cultivo con cucharones de volteo. La cantidad de erosión (kg ha −1) se estima multiplicando el flujo de agua (L s −1) por el tiempo (s) y la concentración de sedimentos (g L −1) y finalmente dividiendo por el tamaño del área de estudio (ha).
Además, los sensores de funcionamiento continuo para mediciones de turbidez a partir del agua se pueden utilizar para medir la erosión de un área de estudio. La turbidez es el grado en que el agua pierde transparencia debido a partículas suspendidas como el sedimento; cuanto más turbia es el agua, más turbia es. Los sensores de turbidez necesitan una buena calibración y control de muestras de agua para evaluar el contenido de sedimentos. También deben estar equipados con un mecanismo de limpieza automático.
Cambio en la elevación de superficie (escala de pendiente de pendiente)
El cambio de elevación se basa en el principio de que la erosión y deposición por el agua o el viento cambian la elevación de la superficie terrestre (Toy et al., 2002). La diferencia entre las dos mediciones indica el efecto de erosión y deposición durante ese intervalo de tiempo. Una elevación menor indica erosión y una elevación mayor al final del intervalo de tiempo indica deposición.
Un enfoque para medir el cambio en la elevación es implantar estacas o pasadores que permanezcan en su lugar en el suelo durante la duración del estudio. La distancia desde la parte superior de la estaca o pasador hasta el suelo se mide a intervalos de tiempo establecidos. Una disminución en la distancia corresponde a la sedimentación mientras que un aumento significa erosión (Stroosnijder, 2005). Al multiplicar el cambio de elevación por la densidad aparente del suelo, es posible convertir la medición en una masa de suelo (Toy et al., 2002). En la Figura 4.3.4, se utiliza un medidor de rugosidad del suelo para medir los cambios en la superficie del suelo. El medidor de rugosidad del suelo tiene un conjunto de pasadores que se asientan en la superficie, de manera que las mediciones de la posición de la superficie del suelo se pueden realizar en relación con la parte superior de la estructura del medidor de rugosidad. Al realizar mediciones repetidas en la misma ubicación, se pueden medir pequeños cambios en la elevación de la superficie. También se puede utilizar para determinar la erosión del suelo en rills.
Cambio en la sección transversal del canal
La erosión del canal se puede estimar midiendo secciones transversales a intervalos espaciados, repitiéndola después de algún tiempo y comparando y determinando el cambio en el volumen del suelo. La medición se puede realizar manualmente o utilizando escáneres láser aerotransportados (Stroosnijder, 2005). Esta técnica también es adecuada para estimar la erosión de arroyos o barrancos en tierras de cultivo.
Cambio de Peso (Recogido por Copas y Embudos para Salpicaduras)
Este método se basa en el principio de que el proceso de erosión elimina material del área de origen (Toy et al., 2002). El suelo de prueba, empacado en una taza o embudo colocado en el suelo, se pesa antes y después de un evento de erosión, y la pérdida de peso es la medición de erosión. Esta técnica se utiliza en estudios de desprendimiento de suelo y transporte por la fuerza de las gotas de lluvia (Stroosnijder, 2005). Si bien son asequibles y precisos a pequeña escala, los resultados que utilizan este método son representativos de solo un área muy pequeña, y es posible que no escalen bien al nivel de campo.
Método del radionúclido
Los radionucleidos ambientales pueden ser utilizados como trazadores para estimar las tasas de erosión del suelo (Stroosnijder, 2005). Un radionúclido de cesio inducido por humanos (Cs137) fue liberado a la atmósfera durante las pruebas de armas nucleares en las décadas de 1950 y 1960. Se extendió a la estratosfera y poco a poco se depositó sobre la superficie terrestre. En estudios que utilizan este método, se necesita un sitio de referencia no perturbado, en el que no se produce erosión o sedimentación mínima o nula (Fulajtar et al., 2017). La concentración de Cs137 en el suelo de estudio se compara con la concentración en el sitio de referencia. Si el sitio de estudio contiene menos Cs137 que el sitio de referencia, allí se produce erosión. Si el sitio de estudio tiene más Cs137 que la referencia, se ha producido sedimentación (deposición de partículas de suelo). En estudios con radionúclidos, la escala de tiempo suele ser mucho más larga que en estudios agronómicos o ambientales (Stroosnijder, 2005).
Mediciones de erosión eólica
Las mediciones de erosión eólica requieren diferentes planes de medición y equipos que las mediciones de erosión hídrica (Toy et al., 2002). Si bien la erosión hídrica sigue la topografía y las trayectorias de flujo de agua, los sedimentos arrastrados por el viento no se pueden recolectar en un solo punto (Stroosnijder, 2005) Las ganancias y pérdidas de suelo debido a la erosión eólica requieren una serie de puntos de medición, seguidos de análisis geoestadísticos. Dado que el viento sopla desde diversas direcciones durante el año y durante una tormenta, los muestreadores de sedimentos deben rotar con cambios de dirección del viento. Las mediciones deben realizarse a diversas alturas para determinar la distribución vertical de la carga de sedimento (Toy et al., 2002).
Impactos de la erosión del suelo en campo y aguas abajo
La erosión del suelo tiene impactos tanto en las tierras de cultivo donde se inicia el proceso de erosión (desprendimiento) como en el lugar donde termina (deposición, sedimentación) (Figura 4.3.5).
Impactos en Campos
En los campos, el material fértil del suelo superior puede perderse debido a procesos de erosión. Las partículas más finas de la capa superior del suelo generalmente se transportan desde áreas de campo bajo pendientes convexas haciendo que las áreas sean menos productivas. La pérdida de partículas más finas reduce aún más la estructura física y la fertilidad de los suelos (Hudson, 1971). La remoción de partículas finas o capas enteras de suelo o materia orgánica puede debilitar la estructura e incluso cambiar la textura, lo que a su vez puede afectar la capacidad de retención de agua del suelo, haciéndolo más susceptible a condiciones extremas como la sequía (OMAFRA, 2012b). La erosión de la capa superior fértil da como resultado menores rendimientos y mayores costos de producción.
Los sedimentos pueden aumentar la fertilidad del suelo o afectar su productividad en tierras productivas. Por ejemplo, en Egipto, los campos a lo largo del río Nilo son muy productivos debido a los sedimentos nutritivos del agua del río. En algunos casos, el sedimento depositado en las tierras de cultivo puede inhibir o retrasar la aparición de semillas, o enterrar plántulas pequeñas (OMAFRA, 2012b). El dragado de zanjas abiertas, estanques de sedimentación y vías fluviales, en las que los sedimentos se eliminan mecánicamente, es cada vez más común. Sin embargo, es cuestionable si los sedimentos dragados pueden reciclarse de nuevo a los campos agrícolas (Laakso, 2017). El sedimento puede contener sustancias nocivas para los cultivos (herbicidas) o disminuir la fertilidad del suelo (por ejemplo, hidróxidos de aluminio y hierro).
Impactos aguas abajo y en el aire
En arroyos y cursos de agua, los sedimentos pueden prevenir el flujo de agua, llenar depósitos de agua, dañar hábitats de peces y degradar la calidad del agua aguas abajo. Con un enriquecimiento de nutrientes, pesticidas, sales, oligoelementos, patógenos y sustancias tóxicas en las partículas del suelo en el campo, la erosión del suelo causa contaminación de fuentes de agua aguas abajo, humedales y lagos (OMAFRA, 2012b; Zhang y Wang, 2006). Debido a los posibles impactos dañinos de las partículas de suelo depositadas en el agua, el control de la erosión del suelo en el campo es importante. La sedimentación de los cursos de agua y los depósitos de agua disminuye la capacidad de almacenamiento de los reservorios de agua.
Además, las partículas finas (<0.1 mm) transportadas por el viento también pueden causar problemas de visibilidad en las carreteras. También pueden penetrar en los conductos respiratorios causando problemas de salud.
Aplicaciones
Para obtener mejores resultados, el control de la erosión debe comenzar en el área de origen, evitando el desprendimiento de partículas de suelo. Una de las formas más efectivas de prevenir la erosión es a través del manejo de cultivos y suelos. Las partículas desprendidas pueden ser atrapadas por diferentes herramientas tanto en el campo recortado, en los bordes del campo como en los campos exteriores.
Disminuir los efectos de la erosividad (R) y la erosionabilidad (K)
La erosividad es bastante difícil de disminuir ya que no existen herramientas para afectar las precipitaciones. La erosionabilidad del suelo se puede disminuir aumentando la materia orgánica del suelo en el suelo, por ejemplo, agregando estiércol u otras fuentes de carbono al suelo. Las prácticas que reducen o mitigan la pérdida de carbono del suelo en tierras cultivadas también pueden disminuir la erodibilidad. Estos métodos incluyen el manejo de los residuos para devolver el carbono al suelo y minimizar la labranza para reducir la conversión del carbono del suelo en gas dióxido de carbono. La disminución de la erosión del suelo causada por el agua en suelos altamente erosionables requiere métodos adicionales como cobertura permanente de pasto o labranza cero.
La adición de estiércol, compost o lodo orgánico al suelo aumenta la estabilidad de los agregados, la porosidad y la capacidad de retención de agua (Zhang, 2006). Tanto los mantillo inorgánicos (piedra, grava y arena) como los orgánicos (residuos de cultivos, paja, heno, hojas, compost, astillas de madera y serrín) se utilizan para absorber las fuerzas destructivas de las gotas de lluvia y el viento. Todos estos materiales también obstruyen el flujo terrestre y aumentan la infiltración (Zhang, 2006). El mantillo reduce la erosión hasta que las plántulas maduran para proporcionar su propia cubierta protectora. Además, los suelos tratados con enmiendas como yeso o cal estructural son más duraderos contra la erosión que los suelos no tratados (Zhang, 2006). El efecto de estas enmiendas del suelo dura un cierto periodo dependiendo del suelo y las condiciones ambientales. Para mantener el efecto, la modificación deberá ser reaplicada a intervalos.
La humedad del suelo puede prevenir la erosión. Un suelo húmedo es más estable que uno seco, ya que el agua del suelo mantiene unidas las partículas del suelo. La humedad del suelo es mayor en suelos sin labrar debido a un mayor porcentaje de carbono orgánico y mínima evaporación del suelo cubierto por residuos vegetales. Por ejemplo, la erosión eólica se puede controlar mojando el suelo.
Reducción del Efecto de la Topografía
Las pendientes largas se pueden acortar estableciendo terrazas, pero es difícil hacer que las pendientes empinadas sean más suaves. La reducción del ancho del campo (por ejemplo, mediante cortavientos) protege la tierra cultivada contra los efectos del viento (Figura 4.3.6).
Incrementar el efecto de la cobertura y la gestión
Las plantas son excelentes en la protección del suelo. Mantienen el suelo en su lugar con sus raíces, interceptan las lluvias, proporcionan cobertura contra el viento y la escorrentía, aumentan la infiltración de agua en el suelo, aumentan la agregación del suelo y proporcionan rugosidad superficial que reduce la velocidad del movimiento del agua o el aire a través de la superficie. Las gramíneas perennes densas son las plantas más efectivas para controlar la erosión.
Las técnicas de manejo del suelo que alteran la superficie del suelo lo menos posible son excelentes para mantener la cobertura y la estructura del suelo. Por ejemplo, eliminar la labranza (llamada labranza cero, por ejemplo, perforación directa) mantiene la superficie del suelo cubierta durante todo el año (Figura 4.3.7). Este método, donde la semilla se coloca sin ninguna labranza previa del suelo en el rastrojo, se ha vuelto común en muchas regiones de crecimiento seco para disminuir el potencial de erosión. En invierno, el rastrojo que queda después de la cosecha reduce efectivamente la erosión del suelo en comparación con los campos desnudos (por ejemplo, arados en otoño). La labranza reducida, o de conservación, también es una mejor opción que el arado de otoño que deja la superficie del suelo descubierta. La labranza disminuye la materia orgánica en los suelos y, por lo tanto, tiene un efecto negativo en la estabilidad agregada de los suelos arcillosos (Soinne et al., 2016). La labranza también perturba la estructura del suelo y, por lo tanto, reduce la capacidad de infiltración.
El pastoreo controlado causa menos erosión que las tierras cultivadas; sin embargo, el número de animales de pastoreo debe mantenerse lo suficientemente bajo como para evitar la erosión causada por el pastoreo excesivo. La rotación de cultivos y el uso de cultivos de cobertura también mantienen la fertilidad del suelo y, así, ayudan a controlar la erosión. El manejo de la cobertura afecta la erosión del suelo en orden creciente: praderas < cultivos de captura de pastos y leguminosas volteados en primavera < mantillo de residuos en la superficie del suelo < grano pequeño o arveja en semillero arado en otoño y girado en un momento de siembra primaveral < dosel de cultivo en hilera < labranza superficial < arado vertedera < quema/eliminación de residuos < barbecho rugoso de corto periodo en rotación < barbecho continuo.
Incrementar el efecto de las prácticas de apoyo
En pendientes pronunciadas, la erosión puede controlarse mediante prácticas de apoyo como labranza de contorno (Figura 4.3.8), cultivo de franjas en contorno y sistemas de terrazas (Wischmeier y Smith, 1978). El cultivo en tiras protege contra la escorrentía superficial en campos inclinados y disminuye la capacidad de transporte del suelo.
La labranza y siembra en el contorno es generalmente efectiva para reducir la erosión. El contorneado parece ser más efectivo en pendientes en el rango del 3— 8% (Wischmeier y Smith, 1978). En pendientes más pronunciadas, generalmente se necesita más intervención. El cultivo de tiras de contorno (Figura 4.3.9) es una práctica en la que se alternan franjas contorneadas de vegetación densa, por ejemplo, gramíneas, legumbres o maíz con heno de alfalfa, con tiras de igual ancho de cultivos en hileras (por ejemplo, soja, algodón, remolacha azucarera), o grano pequeño (Wischmeier y Smith, 1978). En áreas erosionables, las franjas de pasto generalmente de 2 a 4 m de ancho se colocan a distancias de 10 a 20 m (Figura 4.3.10). Se pueden colocar en áreas críticas del campo y el propósito principal de estas franjas es proteger la tierra de la erosión del suelo. Las terrazas se pueden combinar con el cultivo de contornos y otras prácticas de conservación, haciéndolas más efectivas en el control de la erosión (Wischmeier y Smith, 1978).
En la agricultura de terraza, las plantas pueden cultivarse en áreas planas de terrazas construidas en laderas empinadas de cerros y montañas. Las terrazas pueden reducir la escorrentía superficial y la erosión al ralentizar el agua de lluvia a una velocidad no erosiva. Cada escalón (terraza) tiene una salida que canaliza el agua al siguiente paso.
Si se ha producido desprendimiento y transporte del suelo, la siguiente consideración es controlar la deposición antes de que la escorrentía entre en un curso de agua receptor. Se han establecido franjas amortiguadoras estrechas, de 1 a 5 m de ancho, bajo pastos perennes y zonas de amortiguamiento más amplias bajo pastos y árboles perennes (Figura 4.3.11) a lo largo de los ríos para evitar el transporte de sedimentos a los cursos de agua (Haddaway et al., 2018, Uusi-Kämppä et al., 2000). Las vías fluviales con pasto (Figura 4.3.10) se establecen sobre flujos de agua concentrados en campos para disminuir el flujo de agua y, así, disminuir el proceso de erosión en un canal.
También se utilizan cuencas de sedimentos, estanques y humedales para atrapar sedimentos (Uusi-Kämppä et al., 2000). Las partículas grandes y los agregados se asientan en distancias de transporte cortas, mientras que las partículas pequeñas de arcilla y limo pueden transportarse a largas distancias en el agua antes de su sedimentación.
Perspectivas específicas del país sobre la erosión del suelo
Debido a factores climáticos (R), características del suelo (K), características del paisaje (LS) y prácticas de cultivo (C), la erosión del suelo varía geográficamente. La erosión del suelo por agua es mayor en áreas agrícolas con alta intensidad de lluvia (factor R). En Estados Unidos, el índice de erosión es grande (1200—10,000 MJ mm ha −1 h −1 año −1) en las partes oriental, sur y central donde ocurren tormentas tropicales y huracanes. En Europa, el factor R es más alto en la zona costera del Mediterráneo, de 900 a >1300 MJ mm ha −1 h −1 año −1 año −1 (Panagos et al., 2015). Además del clima, los cambios en los sistemas de cultivo (factor C) influyen en la cantidad de erosión.
En el norte de Europa, las áreas agrícolas más erosionables existen en el sureste de Noruega (los tipos de suelo son margas arcillosas limosas o arcillas limosas), el sur y centro de Suecia, y en el suroeste de Finlandia (con arcilla) debido al factor K. En estas áreas boreales, el riesgo de erosión es mayor a fines de otoño, invierno y primavera debido a la escorrentía superficial en suelo congelado. El suelo estaba previamente cubierto de nieve en invierno; sin embargo, estas áreas han sido más frecuentemente objeto de derretimiento y escorrentía en invierno durante los últimos siglos debido al cambio climático (factor R).
En la década de 1900, el área global de tierras de cultivo aumentó provocando una reducción similar en el área de pastizales (factor C). En Noruega, el cambio en el uso del suelo duplicó la erosión del suelo por el agua. Además, la nivelación extensiva del suelo y la colocación de arroyos en tuberías incrementaron la superficie agrícola en la misma región en la década de 1970 y provocaron un incremento de dos a tres veces en la erosión (Lundekvam et al., 2003), debido a que la nivelación, es decir, crear pendientes lisas en lugar de onduladas, tendió a incrementar el factor LS. La investigación intensiva sobre la erosión comenzó en la década de 1980 y desde entonces los agricultores noruegos han recibido pagos nacionales para implementar métodos de reducción de la erosión, por ejemplo, labranza cero y cultivo de cultivos de cobertura en otoño (factor C), o establecimiento de vías fluviales con césped, franjas amortiguadoras y estanques de sedimentación ( Factor P). También se ha subsidiado la reapertura de arroyos entubados (disminución en el factor L) y la conversión de campos cultivados en caída con alto riesgo de erosión en pastizales permanentes (factor C).
En Finlandia, los procesos típicos de erosión del suelo en campo son la erosión laminar, la erosión de los arroyos y la erosión de labranza. Aunque la tasa media de pérdida de suelo cultivable es baja (460 kg ha −1 año −1) según estimaciones del modelo RUSLE2015 (Lilja et al., 2017), existen áreas donde el riesgo de erosión es mayor que este. Estas áreas de alto riesgo, con pendientes pronunciadas y alto porcentaje de producción de cultivos, existen en partes del suroeste del país. En Finlandia, la erosión se mitiga para disminuir las pérdidas de fósforo, que pueden desorberse de las partículas desprendidas del suelo hacia cuerpos de agua receptores donde puede causar eutrofización y floraciones de algas dañinas. Para disminuir la erosión del suelo, algunas medidas agroambientales son subsidiadas por la Unión Europea y Finlandia. Por ejemplo, el arado de caída ha sido reemplazado por prácticas de labranza de conservación, por ejemplo, no labranza y perforación directa (factor C) o los campos pueden dejarse bajo cultivos de cobertura verde para el invierno (factor C). Se pueden instalar y mantener zonas de amortiguamiento de pastos, estanques de erosión o humedales entre campos y cuerpos de agua para atrapar partículas de suelo ricas en fósforo (factor P).
Ejemplos
Ejemplo\(\PageIndex{1}\)
Ejemplo 1: Calcular la pérdida promedio anual de suelo
Problema:
Utilice el modelo USLE para calcular la pérdida anual de suelo de un sitio experimental finlandés (pendiente pendiente 6%, longitud 61 m, 60°48′N y 23°28′E). La precipitación anual es de 660 mm y la erosividad es de 311 MJ mm ha −1 h −1 año −1 (Lilja et al., 2017). El sitio se aró (cuesta arriba y abajo) en el otoño y se siembra con trigo primaveral. Distribución de partículas: arcilla (0.1 <0.002 mm) 30%, silt (0.002—0.02 mm) 40%, very fine sand (0.02—0.1 mm) 25%, and sand (> mm) 5%. La materia orgánica en el suelo es de 2.8%. La estructura del suelo es granular fina y la permeabilidad es lenta a moderada.
Solución
Determine el valor de cada factor en la Ecuación 4.3.1:
\( A = R\ K\ LS\ C\ P \)(Ecuación\(\PageIndex{1}\))
R = factor de erosividad de la lluvia; dado en la declaración del problema = 311 MJ mm ha −1 h −1 año −1
K = factor de erosionabilidad del suelo; calcular usando la Ecuación 4.3.2:
\( K = 2.8 \times 10^{-7} \times M^{1.14} (12-a) + 4.3 \times 10^{-3} (b -2) + 3.3 \times 10^{-3} (c-3) \)(Ecuación\(\PageIndex{2}\))
donde M = parámetro de tamaño de partícula
\( =( \text{% silt} +\text{% very fine sand}) \times (100 - \text{% clay}) = 65\% \times (100 - 30\%) = 4550 \)
a = contenido de materia orgánica (%) = 2.8
b = código de estructura del suelo = 2 (granular fino)
c = clase de permeabilidad del perfil del suelo = 4 (lenta a moderada)
Así, al sustituir valores en la Ecuación 4.3.2 se obtienen:
\( K = 0.041\text{ Mg ha h ha}^{-1} MJ^{-1} mm^{-1} \)
LS = factor topográfico; encontrar de una tabla publicada, por ejemplo, la tabla 3 (Wischmeier y Smith, 1978) o el siguiente extracto de la tabla 3A de la hoja informativa (OMAFRA, 2012a):
| Longitud de Pendiente (m) | Pendiente (%) | Factor LS |
|---|---|---|
|
61 |
10 |
1.95 |
|
8 |
1.41 |
|
|
6 |
0.95 |
|
|
5 |
0.76 |
|
|
4 |
0.53 |
Para una longitud de pendiente de 61 m y una pendiente de pendiente de 6%, LS = 0.95, o calcular LS usando la Ecuación 4.3.3:
\( LS = (\frac{\lambda}{22.13})^{m} (65.41\ sin^{2}\theta+4.56\ sin\theta+0.065) \)(Ecuación\(\PageIndex{3}\))
\( LS = (\frac{61}{22.13})^{0.5} (65.41\ sin^{2}(6\%)+4.56\ sin(6\%) + 0.0065) = 0.95 \)
C = factor de manejo de cultivos = 0.35 para cereales
P = factor de práctica de conservación = 1.0 para el arado de caída cuesta arriba y abajo (OMAFRA, 2012a).
Sustituir los valores para cada factor en la Ecuación 4.3.1:
\( A = R\ K\ LS\ C\ P \)(Ecuación\(\PageIndex{1}\))
\( = 311 \times 0.041 \times 0.95 \times 0.35 \times 1 \text{ Mg ha}^{-1} \text{ yr}^{-1} = 4.24 \text{ Mg ha}^{-1} \text{ yr}^{-1} \)
Ejemplo\(\PageIndex{2}\)
Ejemplo 2: Efecto de diferentes prácticas de labranza sobre las tasas de erosión
Problema:
Utilice el modelo USLE para evaluar el cambio en la tasa de erosión en la escorrentía de campo del ejemplo anterior cuando se cambia el arado de caída (pendiente ascendente y descendente) (a) a arado de primavera (pendiente transversal) o (b) a labranza cero (pendiente ascendente y descendente).
Solución
- a) Usando la Ecuación 4.3.1 con:
\( R = 311 \text{ MJ mm ha}^{-1} h^{-1} yr^{-1} \)
\( K = 0.041 \text{ Mg ha h ha}^{-1} MJ^{-1} mm^{-1} \)
LS = 0.95
\( C = 0.35 (\text{cereals} \times 0.9 (\text{spring plow)} = 0.315 \)
\( P= 0.75 (\text{cross slope)} \)
\( A = R\ K\ LS\ C\ P = 2.86 \text{ Mg ha}^{-1}yr^{-1} \)
- La tasa de erosión es 32% menor debido al arado de pendiente transversal en primavera en comparación con el arado ascendente y descendente en otoño.
- b) Usando la Ecuación 4.3.1 con:
\( R = 311 \text{ MJ mm ha}^{-1} h^{-1} yr^{-1} \)
\( K = 0.041 \text{ Mg ha h ha}^{-1} MJ^{-1} mm^{-1} \)
LS = 0.95
\( C = 0.35 (\text{cereals} \times 0.25 (\text{no-till)} = 0.0875 \)
\( P= 1 (\text{up and down slope)} \)
\( A = R\ K\ LS\ C\ P = 1.06 \text{ Mg ha}^{-1}yr^{-1} \)
- La tasa de erosión es 75% menor debido a la perforación directa en comparación con el arado ascendente y descendente en otoño.
Créditos de imagen
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Figura 3. USDA ARS. (CC Por 1.0). (2020). Proceso de erosión eólica. Recuperado a partir de https://infosys.ars.usda.gov/WindErosion/weps/wepshome.html
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Figura 8. Servicio de Conservación de Recursos Naturales del USDA. (CC Por 1.0). (2020). Campo contorneado. Recuperado a partir de https://photogallery.sc.egov.usda.gov/photogallery/#/
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Figura 11. Servicio de Conservación de Recursos Naturales del USDA. (CC Por 1.0). (2020). Múltiples hileras de árboles. Recuperado a partir de https://photogallery.sc.egov.usda.gov/photogallery/#/
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