Evaluación de Parámetros y Procesos Hidrológicos … · Los procesos hidrológicos, en especial la infiltración y flujo de agua de lluvia o riego, determinan ... agentes agrícolas

PROGRAMA HIDROLÓGICO INTERNACIONAL

Evaluación de Parámetros y Procesos Hidrológicos en el Suelo Compendio de los trabajos presentados en la VII Escuela Latinoamericana de Física de Suelos Tema: Hidrología de Suelos La Serena, Chile, 2–14 de Noviembre de 2003 Editores: Deyanira Lobo Luján, Donald Gabriels y Guido Soto

the abdus salam international centre for

theoretical physics

PHI-VI ⏐ Documentos Técnicos en Hidrología ⏐ N° 71 UNESCO, París, 2005

Publicado en 2005 por el Programa Hidrológico Internacional (PHI) de la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) 1 rue Miollis, 75732 París Cedex 15, Francia Documento Técnico en Hidrología del PHI, N° 71 ISBN 92-9220-031-3 © UNESCO 2005 Las denominaciones que se emplean en esta publicación y la presentación de los datos que en ella figura no suponen por parte de la UNESCO la adopción de postura alguna en lo que se refiere al estatuto jurídico de los países, territorios, ciudades o zonas, o de sus autoridades, ni en cuanto a sus fronteras o límites. Las ideas y opiniones expresadas en esta publicación son las de los autores y no representan, necesariamente, el punto de vista de la UNESCO. Se autoriza la reproducción, a condición de que la fuente se mencione en forma apropiada, y se envíe copia a la dirección abajo citada. Este documento debe citarse como:

UNESCO, 2005. Evaluación de Parámetros y Procesos Hidrológicos en el Suelo. Documentos Técnicos en Hidrología del PHI, número de serie 71.

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Copias adicionales de este documento, así como de las otras publicaciones en la serie Documentos Técnicos en Hidrología del PHI, pueden obtenerse a través de la siguiente dirección:

Secretaría del PHI UNESCO | División de Ciencias del Agua 1 rue Miollis, 75732 París Cedex 15, Francia Fax: +33 (0)1 45 68 58 11 E-mail: [email protected] http://www.unesco.org/water/ihp

Impreso en los talleres de la UNESCO París, Francia SC-2005/WS/1

http://www.unesco.org.uy/phi

http://www.unesco.org/water/ihp

PREFACIO Esta publicación se presenta como un producto de las acciones que viene desarrollando el Programa Hidrológico Internacional (PHI – UNESCO) en el marco del fortalecimiento de Centros Regionales especializados relacionados con los recursos hídricos asociados a la UNESCO. El Centro del Agua para Zonas Áridas y Semiáridas de América Latina y El Caribe (CAZALAC), que funciona en La Serena, Chile, es un ejemplo de estos Centros, el cual ha unido esfuerzos con la Escuela Latinoamericana de Física de Suelos (ELAFIS) para organizar la VII versión de la Escuela, teniendo como tema central la ‘Hidrologia de Suelos’. Las Escuelas Latinoamericanas de Física de Suelos se han realizado desde 1986 en diferentes países de América Latina (Perú, Brasil, Argentina, Colombia, Venezuela y Cuba), y emergen como una prolongación del College on Soil Physics que ofrece el Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, en Trieste, Italia. La VII Escuela Latinoamericana de Física de Suelos tuvo como propósito principal la actualización y profundización de los conocimientos sobre los recursos suelo y agua de los profesionales latinoamericanos, haciendo énfasis en las características, propiedades y procesos físicos del suelo y su interacción con el clima, así como la revisión de aspectos relacionados con metodologías de evaluación y predicción de las condiciones hidrológicas de los suelos y su participación en el manejo sostenible de las cuencas hidrográficas. Asimismo, se puso mayor interés al tema de suelos y aguas en ambientes áridos, semiáridos y subhúmedos en los países de la región, incluyendo aspectos relacionados con la física de suelos, la desertificación y técnicas y programas para prevenir y revertir los procesos de degradación de tierras. En los programas de las Escuelas siempre se ha contemplado, además de las sesiones de clases, el intercambio de ideas entre los asistentes, a través de una exposición relativa a sus experiencias, y en algunas oportunidades la presentación de estas en carteles. No obstante, se ha querido dejar una evidencia escrita sobre el avance de los temas tratados por los participantes, mediante la preparación del presente Compendio, cuya publicación es posible gracias al apoyo de la UNESCO. La celebración de la VII Escuela Latinoamericana de Física de Suelos (ELAFIS), tuvo lugar gracias a la participación desinteresada de destacados profesionales de prestigiosas instituciones que actuaron como docentes en el curso, y gracias al apoyo de instituciones, como: - UNESCO, a través del Programa Hidrológico Internacional (PHI) y el Ministerio de la Administración

de la Ciencia e Innovación de la Comunidad de Flanders (Bélgica) - The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP) (Italia) - Universidad de La Serena (Chile) - Dirección General de Aguas de Chile - Corporación Nacional Forestal IV Región, Chile - Oficinas de UNESCO de Montevideo y Santiago de Chile Esperamos que se haya cumplido con los objetivos del Programa Hidrológico Internacional y la ELAFIS y que este Compendio pueda contribuir al conocimiento de la Física de Suelos como herramienta para la evaluación de procesos hidrológicos asociados a la caracterización y prevención de problemas ambientales en América Latina y El Caribe. Igualmente esperamos que esta experiencia pueda repetirse en otras regiones Deyanira Lobo Luján (Universidad Central de Venezuela, Venezuela) Donald Gabriels (Universidad de Gante, Bélgica) Guido Soto (CAZALAC, Chile)

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TABLA DE CONTENIDO

Página

Prefacio iii

Ildefonso Pla Sentís. Física de Suelos e Hidrología en América Latina 1

Achim Ellies, Ricardo Cabeza y Patricia Campos. Distribución de la capacidad de humectación en agregados

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Oscar Seguel S. Efecto de la dinámica del agua en el comportamiento mecánico del suelo.

11

Jorge Alberto Cerana , Pablo Gustavo Fontanini , Oscar Duarte, Silvia Rivarola, Eduardo Díaz, Rene Benavidez. Permeabilidad saturada en Vertisoles. Uso del Permeámetro Guelph.

17

Marcelo Calvache Ulloa. Utilización de las sondas nucleares en Física de Suelos. 23

Maria da Glória Bastos de Freitas Mesquita y Sérgio Oliveira Moraes. Densidad de probabilidad como herramienta en la caracterización de la conductividad hidráulica saturada de los suelos

29

Germán Soracco. Relación entre la Conductividad Hidráulica Saturada y la Densidad Aparente en tres situaciones de manejo contrastantes

35

José E. Cuevas B. Efecto del contenido de agua sobre los cambios físicos y mecánicos en tres suelos bajo tránsito.

39

Naghely Mendoza y Marelia Puche. Caracterización de la sequía meteorológica en Venezuela

47

Valentina Toledo Bruzual y Diana Hernández-Szczurek. Estudio de la variabilidad temporal y espacial de las lluvias anuales de la Depresión de Carora, estado Lara, Venezuela

53

Eleonora Carol. Aspectos hidroquímicos del agua subterránea en el conurbano bonaerense, Argentina.

59

Lucía Salvo, Silvana Delgado, Fernando García Préchac, Jorge Hernández, Pablo Amarante, Mariana Hill. Régimen hídrico de un Ultisol arenoso del noreste de Uruguay bajo plantaciones de Eucalyptus grandis vs. Pasturas.

65

Koen Verbist y Donald Gabriels. Modelización de la erosión hídrica en cuencas pequeñas

71

Kvolek, Claudio Miguel. Cantidad y calidad de sedimento bajo lluvia simulada en un suelo Vertisol con modificaciones en el tamaño de los agregados superficiales

77

Joei Jakeline Guillén Moncada y Oscar Antonio Silva E. Prioridades de atención conservacionista según los riesgos de erosión potencial y actual en la Cuenca media del Río Pao, Venezuela.

83

Eduardo Abel Rienzi. Efecto de enmiendas cálcicas y cobertura plástica sobre la infiltración y los procesos erosivos

89

Eduardo Martínez, S. Valle, P. Silva y E. Acevedo. Evolución de algunas propiedades físicas y químicas de un Mollisol asociadas a manejo en cero labranza.

95

Irlanda Isabel Corrales A., Edgar Amézquita C., Mariela Rivera y Luis F. Chávez. Condiciones físicas de un suelo bajo diferentes sistemas de labranza y su efecto sobre el comportamiento de cultivos y malezas en la Altillanura colombiana

101

vi

Luis Silveira, Leticia Martínez y Jimena Alonso. Efecto de la sustitución de campo natural por plantaciones forestales sobre el escurrimiento ocasionado por tormentas en Uruguay

107

Diego Luis Molina L., Edgar Amézquita C. y Phanor Hoyos G. Construcción de capas arables en suelos oxisoles de la Altillanura colombiana

113

Roberto Pizarro T., Claudia Sangüesa P., Juan Pablo Flores V. y Enzo Martínez A. Investigación e innovación tecnológica en zanjas de infiltración y canales de desviación, en el Secano Costero e Interior de las Regiones VI, VII y VIII de Chile.

119

Elías Araya Salinas. El Sistema de Incentivos para la recuperación de suelos degradados en programas de conservación de suelos.

125

Loreto Sagardía A. Ley 18.450, Inversión privada en obras de riego y drenaje 131

Julián Herrera Puebla y Argelio Omar Fernández Richelme Acciones a tomar para la evaluación de las propiedades hidráulicas de los suelos cubanos

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Evaluación de parámetros y procesos hidrológicos en el suelo. VII Escuela Latinoamericana de Física de Suelos. La Serena, Chile, 2003

Física de Suelos e Hidrología en América Latina

Ildefonso Pla Sentís Departamento de Medio Ambiente y Ciencia del Suelo, Universidad de Lleida. Lleida (España) [email protected] INTRODUCCIÓN La vida sobre la tierra depende de las funciones de los suelos, productivas de alimentos y reguladoras de los recursos hídricos y de la calidad ambiental. Los suelos y el agua son al mismo tiempo la base de la producción agrícola y la base para la manutención de los ecosistemas. Los suelos cumplen funciones muy importantes en el ciclo hidrológico. Son uno de los principales reservorios de agua dulce, y transforman las fuentes erráticas de agua de lluvia en una suplencia continua de agua a las raíces de las plantas, y en continuas descargas de agua al agua freática, a los torrentes y a los ríos. Los procesos hidrológicos, en especial la infiltración y flujo de agua de lluvia o riego, determinan la movilización, transporte y acumulación de materiales solubles en agua y de contaminantes, de origen natural o antropogénico. Por ello, la calidad de los recursos hídricos puede estar muy influida por los procesos hidrológicos en el suelo La creciente disminución de fuentes de agua de calidad para los diferentes usos (consumo humano, riego, etc.) resalta la importancia de la conservación del agua además de la del suelo. Debido a la estrecha relación entre suelos y cantidad y calidad del agua se justifica que el uso, manejo y conservación de suelos y recursos hídricos se enfoque en forma integrada. La Física de Suelos es la aplicación de los principios de la Física a la caracterización de las propiedades del suelo y al estudio de los procesos del suelo responsables del transporte de materia o energía. Por lo tanto, la Física de Suelos es una subdisciplina tanto de la Física como de la Ciencia del Suelo Hasta ahora los estudios en Física de Suelos han incluido temas relacionados con la estructura del suelo, con la retención y movimiento de agua en el suelo en el campo, con la mecánica de suelos y con la salinidad de suelos, la mayoría de ellos referidos a propiedades físicas de los suelos como medio para el crecimiento de las plantas, incluyendo aquellas que afectan el desarrollo de las raíces y la utilización de agua del suelo por las plantas A pesar de que los físicos de suelos aún deben preocuparse del estudio del ambiente físico de las plantas, ya que la producción agrícola seguirá siendo un aspecto crítico en relación a la alimentación de una creciente población en un mundo con limitados recursos suelo y agua, la conservación de esos recursos frente a problemas de degradación y contaminación tanto por agentes agrícolas como no agrícolas, a niveles local, regional y global, se ha transformado en una de las principales responsabilidades presentes y futuras de los físicos de suelos. Los físicos de suelos intervienen cada vez más en investigaciones hidrológicas a escala global, con especial interés en el componente de los procesos hidrológicos que ocurren en la superficie de la tierra, en cooperación con hidrólogos, climatólogos y modeladores del cambio climático. HIDROLOGÍA Y DEGRADACIÓN FÍSICA DE SUELOS El mal manejo de los recursos suelo y agua puede conducir a una fuerte degradación de suelos y tierras. La degradación de suelos ha sido definida como un descenso en la habilidad del suelo para cumplir sus funciones como medio para el crecimiento de las plantas, como regulador del régimen hídrico, y como filtro ambiental, debido a causas naturales o antropogénicas

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La degradación de suelos y recursos hídricos es el principal factor que atenta contra la sostenibilidad de la utilización agrícola de las tierras en América Latina, lo que conduce a crecientes dificultades para producir los requerimientos de alimentos y fibras para su creciente población. Como efectos indirectos de la degradación de suelos y agua, se presentan riesgos crecientes de inundaciones, sedimentaciones, deslizamientos de tierra, etc., con características a veces catastróficas, así como disminución de la biodiversidad, deterioro de la suplencia de agua en cantidad y calidad, y efectos en cambios climáticos globales y sus consecuencias. Los procesos de degradación de suelos y recursos hídricos están fuertemente ligados a través de las alteraciones desfavorables en los procesos hidrológicos determinantes del balance de agua en el suelo y del régimen de humedad del suelo. Ellos están también determinados por las condiciones climáticas y por el uso y manejo de los recursos suelo y agua. Sin embargo, a pesar de que ya generalmente es aceptado que hay una estrecha relación entre la conservación de los recursos suelo y agua, aún en la mayoría de los casos son evaluados en forma separada, y consecuentemente la predicción y prevención de los efectos derivados de su degradación resultan inadecuados en muchos casos. Esto aún reviste más importancia, considerando que se prevé que los cambios climáticos globales afectarían principalmente los procesos hidrológicos en la superficie de la tierra que están en su mayoría relacionados con el balance de agua en el campo El periodo máximo de crecimiento efectivo, tanto de vegetación natural como de cultivos de secano, depende en primer lugar de la duración del periodo efectivo de lluvias, y de la disponibilidad de agua en el suelo. En tierras en pendiente, cuando no hay limitaciones de temperatura o de drenaje interno, la longitud del periodo potencial de crecimiento dependerá de las condiciones climáticas (lluvia y evapotranspiración potencial), de la distribución de la lluvia entre escorrentía e infiltración (afectada por los efectos de sellado superficial), y de la capacidad de almacenaje de agua en el suelo (determinado por la profundidad efectiva de raíces y las propiedades de retención de agua del suelo). Por lo tanto, la escorrentía y la capacidad efectiva de retención de agua del suelo, ambos componentes del balance de agua y afectados por procesos de degradación del suelo, deben tomarse en cuenta, e incluso pueden ser determinantes, en la evaluación y predicción de los efectos de dichos procesos de degradación en la conservación de agua y en el crecimiento potencial de las plantas y producción de cultivos. La erosión hídrica del suelo es el proceso de degradación del suelo con mayor influencia en la conservación de los recursos suelo y agua. Los procesos de erosión hídrica son causados por las interacciones del suelo, lluvia, pendiente, cubierta vegetal y manejo, y generalmente provocan o son causados por cambios desfavorables en el balance de agua del suelo y en el régimen de humedad del suelo, y en las posibilidades de desarrollo y actividad radicular. La erosión del suelo tiene efectos negativos directos sobre el crecimiento de las plantas y producción de los cultivos, y efectos indirectos fuera del sitio en el aumento de riesgos de inundaciones, sedimentaciones, deslizamientos de tierra, etc., a veces con carácter catastrófico. Es provocada por deforestaciones, por introducción de cultivos estacionales que dejen el suelo desprotegido, por intensificación o abandono de actividades agrícolas, por sobrepastoreo, o por mal mantenimiento de las plantaciones y de las estructuras de conservación. El riego de tierras agrícolas ha sido considerado desde hace ya varios milenios como la manera más efectiva de incrementar y regular la producción de alimentos, especialmente en zonas áridas y semiáridas. Frecuentemente estos beneficios no han sido sostenibles debido a la salinización de los suelos, la cual puede conducir a una pérdida parcial o total de su capacidad productiva, causada por una degradación interna de sus propiedades químicas o físicas. El desarrollo creciente de agricultura de riego es indispensable para la regularización e incremento de la producción de alimentos requeridos actualmente y en el futuro en varios países de América Latina. Dicho desarrollo se ve limitado por la creciente salinización de los suelos y por la escasez y mayor salinidad de los recursos hídricos aún disponibles, y por el uso competitivo de dichos recursos para otros fines. Aunque a nivel de América Latina el área afectada por procesos de salinización inducida por el hombre es mucho menor que el área afectada por procesos de erosión, este proceso de degradación es también muy importante desde puntos de vista social, económico y ambiental, por los elevados costos de los desarrollos


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de agricultura de riego, por el uso y degradación de altas cantidades de recursos de agua cada vez más escasos, y por la decisiva contribución de las tierras bajo riego a la producción de alimentos en algunos países. La introducción del riego en una zona provoca cambios drásticos en el régimen y balance de agua y solutos en el perfil del suelo. Los problemas de salinidad son una consecuencia de la acumulación de sales en zonas y profundidades donde el régimen de humedad del suelo se caracteriza por fuertes pérdidas de agua por evaporación y transpiración, y por reducido lavado de las sales que permanecen. Esto ocurre cuando el manejo del agua de riego y drenaje no es adecuado para las condiciones particulares de clima, suelos, cultivos, fertilización, profundidad de nivel freático, calidad de agua de riego, y sistema de riego. El exceso de agua de riego requerido para lavar las sales acumuladas en el suelo, ya sea para recuperar o prevenir la salinización, pueden causar otros problemas ambientales derivados de la disposición y uso posterior de dichas aguas de drenaje. El problema se agrava porque esas aguas de drenaje pueden contener además de las sales naturales, residuos de fertilizantes y pesticidas - generalmente usados en grandes cantidades en la intensiva agricultura de riego - , además de otros contaminantes contenidos en enmiendas orgánicas (residuos de animales, compost) que suelen aplicarse, y en aguas servidas de origen urbano e industrial, no tratadas o sólo parcialmente tratadas, de creciente uso para riego en muchas zonas con escasez de agua. Esta agua de drenaje puede contaminar aguas superficiales y subterráneas que vayan a usarse para consumo humano, industrial o agrícola. En dichos casos, las prácticas y sistemas de riego y drenaje deben perseguir una máxima eficiencia en el uso del agua de riego, reduciendo la posibilidad de pérdidas y contaminación de otras aguas, manteniendo al mismo tiempo las sales a profundidades del suelo fuera del alcance de las raíces de los cultivos. La degradación de tierras depende en parte de las características de suelos y clima, pero se debe fundamentalmente a un uso y manejo no apropiados de los recurs os suelo y agua. El agua es el principal factor causante de la degradación de suelos, pero a su vez es el recurso más afectado por dicha degradación. Uno de los principales efectos de la degradación de suelos es la pérdida de capacidad de los suelos para regular el régimen hídrico tanto a nivel local como de cuencas hidrográficas, lo cual afecta negativamente la suplencia regular de agua, en cantidades adecuadas, para usos agrícolas, urbanos e industriales. Por otro lado, para lograr incrementar y regularizar la producción agrícola de las tierras, y para contrarrestar uno de los principales efectos negativos de la degradación de suelos, crece la necesidad de utilizar agua para riego, lo cual puede llevar al agotamiento de las reservas de agua superficial y subterránea, y a incrementar la competencia de uso para otros fines. Por lo tanto este desarrollo agrícola no será sostenible, y de no encontrarse soluciones alternativas pudiera resultar en consecuencias catastróficas dentro de unas décadas. Los objetivos supuestamente conflictivos de productividad de agroecosistemas y su vulnerabilidad a la degradación ambiental son controlados por los mismos factores (suelo, clima, topografía, manejo) y procesos hidrológicos fundamentales. Por ello, el control de la degradación de tierras y sus efectos depende de una adecuada planificación del uso y manejo de los recursos suelo y agua. Para ello es necesario realizar previamente unas adecuadas identificación y evaluación de los procesos de degradación, y de las relaciones causa-efectos de los diferentes problemas generados, y predecir el efecto de cambios en el uso y manejo de las tierras, y de eventos climáticos extraordinarios asociados a cambios climáticos globales, sobre impactos ambientales relacionados con la conservación de suelos y agua. El monitoreo o seguimiento a nivel de campo, con observaciones y mediciones directas adecuadas, puede ayudar mucho a entender mejor cómo ocurren los procesos de degradación de suelos y recursos hídricos, y los cambios que provocan las intervenciones humanas. Esto es indispensable para la solución y desarrollo de prácticas efectivas de conservación adaptadas a cada condición particular de suelo y clima. En América Latina, las políticas de desarrollo y de expansión agrícola en las últimas décadas han llevado frecuentemente a procesos de degradación de suelos y agua, afectando negativamente cuencas hidrográficas importantes, con descensos en la productividad, aumentos en los costos de producción, e incremento en los problemas relacionados con la suplencia de agua, inundaciones, deslizamientos de tierra, sedimentación en embalses, etc., todos ellos con

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importantes consecuencias sociales y económicas. A pesar de que hay evidencias claras de que grandes y crecientes áreas de tierras están siendo afectadas por diferentes procesos de degradación de suelos, la mayoría de las evaluaciones existentes de los tipos, extensión e intensidad de degradación de suelos en América Latina no son muy precisas ni objetivas, debido a inadecuada identificación y evaluación de dichos procesos, y de las relaciones causa-efectos de los diferentes problemas. La degradación de tierras agrícolas y suelos en América Latina se debe generalmente a un uso y manejo no adecuados de la tierra, frecuentemente generados por crecientes presiones sociales, económicas y políticas, derivadas de crecimiento de la población, políticas de mercados internacionales, falta de recursos y deuda externa. Sin embargo, en muchos casos la adopción de sistemas integrales adecuados y sostenibles de uso y manejo de los recursos suelo y agua, se ve limitado por deficiencias en el conocimiento de los procesos hidrológicos asociados, y por la utilización de metodologías inadecuadas para la evaluación y monitoreo de dichos procesos. HIDROLOGÍA Y DESERTIFICACIÓN Desertificación es una etapa avanzada de degradación de tierras, cuando la cubierta vegetal desciende por debajo de un determinado nivel (<35%). Es la disminución o destrucción del potencial biológico de la tierra, que puede conducir fi nalmente a condiciones similares a las de un desierto, generalmente en climas áridos y semiáridos, pero a veces también en climas más húmedos. En América Latina se considera que alrededor de un 25% de sus tierras están sometidas a procesos crecientes de desertificación. Los procesos de degradación de suelos y agua conducentes a desertificación de tierras, están fuertemente asociados a cambios desfavorables en los procesos hidrológicos responsables del balance de agua en el suelo y del régimen de humedad del suelo. Estos están afectados por las condiciones climáticas y sus variaciones, y por los cambios en el uso y manejo de los recursos suelo y agua. Por lo tanto, para unos adecuados desarrollos, selección y aplicación de prácticas sostenibles y efectivas de uso y manejo de las tierras será indispensable la utilización de una base hidrológica para la evaluación y predicción de sistemas de conservación de suelos y agua que impidan o controlen los procesos de desertificación. Sin esa base, las consideraciones sobre grados de desertificación son en gran parte subjetivas, basadas en criterios indirectos, y no en mediciones directas de parámetros hidrológicos . La evaluación de los procesos hidrológicos , bajo escenarios diferentes y cambiantes de clima, propiedades del suelo y uso y manejo de la tierra, con modelos de simulación flexibles basados en esos procesos, puede ayudar a predecir y a identificar las causas biofísicas de la desertificación a niveles local, nacional y regional en América Latina. Este es un paso previo requerido para una planificación de uso racional de la tierra, y para la selección y desarrollo de estrategias a corto y largo plazo, y de tecnologías para reducir o controlar los procesos de desertificación, y los problemas asociados de naturaleza social, económica y de seguridad.

PREDICCIÓN DE PROCESOS DE DEGRADACIÓN DE SUELOS Y AGUA A TRAVÉS DE UN ENFOQUE HIDROLÓGICO Para poder lograr desarrollar, seleccionar y aplicar prácticas de uso y manejo de las tierras, que sean efectivas y sostenibles, se requerirá un enfoque hidrológico en la evaluación de los procesos de degradación de suelos y agua. El principal objetivo debe ser evaluar los procesos hidrológicos pertinentes, y desarrollar metodología y técnicas para corregirlos o controlarlos bajo diferentes escenarios de suelos, clima, topografía y sistemas de uso u manejo. Con esto podremos suprimir o aliviar los efectos negativos, directos o indirectos, de la degradación de suelos y agua sobre el crecimiento de las plantas, sobre la sostenibilidad de la producción agrícola, sobre la suplencia de agua en cantidades y calidad adecuadas, y sobre eventos catastróficos como inundaciones, sedimentaciones, y deslizamientos de tierra. La utilización del gran número de variables importantes relacionadas con los procesos de degradación y sus interacciones, para determinar probabilidades y riesgos de degradación de suelos y agua, y su influencia en la producción de cultivos y daños ambientales, puede facilitarse


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con su integración en modelos. Aunque los modelos no den una simulación exacta de las situaciones reales, permiten obtener resultados aproximados de acuerdo a las simplificaciones asumidas. Ayudan a entender situaciones complejas, mediante una descripción cuantitativa de los procesos más significativos, y por ello pueden usarse como herramientas para la toma de decisiones para reducir o eliminar riesgos de degradación de suelos y recursos hídricos. Modelos de simulación basados en procesos hidrológicos pueden ser muy útiles para integrar y convertir los parámetros medidos o estimados de suelo, clima, plantas y manejo, en predicciones de balances de agua y regímenes de humedad en el suelo, para cada combinación particular de ellos, ya sea actual o prevista, para una determinada medición de campo. Estudios experimentales y observaciones basados en procesos, y que provean datos más detallados bajo condiciones controladas pueden ayudar a simplificar los modelos, determinando qué procesos son más importantes a diferentes escalas temporales y espaciales, proveyendo además datos para calibrar y validar los modelos. El régimen hídrico del suelo es también fundamental para modelar la dinámica y translocación de contaminantes como nitratos, metales pesados, pesticidas, etc., cuando la adición de agua de riego al suelo, conjuntamente con otros residuos o contaminantes, puede provocar cambios drásticos en el régimen y balance de agua y solutos en el perfil del suelo Los resultados de los modelos de simulación basados en procesos hidrológicos , conjuntamente con información obtenida en monitoreo directo en el campo, permiten hacer predicciones de los procesos potenciales de degradación de suelos y recursos hídricos bajo condiciones cambiantes de clima, cultivos, manejo y situaciones sociales y económicas. Cuando se integran con sistemas de información geográfica (GIS), el modelaje y el monitoreo pueden proveer la base para la planificación del uso y manejo sostenible de suelos y aguas. Las consideraciones finales a nivel estratégico sobre uso de los suelos, recursos hídricos y cambios estructurales deben tomar en cuenta no solamente la información física y predicción de los procesos particulares, sino también una evaluación de cómo dicho uso y manejo pueden estar afectados tanto por los procesos en agroecosistemas específicos como por los efectos de políticas, manejo y condiciones socioeconómicas. VII ESCUELA LATINOAMERICANA DE FÍSICA DE SUELOS La Escuela Latinoamericana de Física de Suelos busca formar profesionales latinoamericanos, capaces de identificar, entender y evaluar las propiedades y procesos físicos del suelo, para poder enfocar y realizar estudios y aplicar soluciones racionales y efectivas a problemas de uso y manejo de tierras en sus respectivos países de América Latina, conducentes a una producción agrícola sostenible y a la conservación de los recursos suelo y agua. Esta VII Escuela ha sido dedicada especialmente a la consideración de los procesos hidrológicos en el suelo, y su interacción con el clima, en relación a la producción agrícola y forestal, y a los procesos de degradación de suelos y agua conducentes a la desertificación de las tierras. El enfoque de la Escuela ha sido en parte descriptivo y teórico, y en parte aplicado, incluyendo aspectos de instrumentación, técnicas de medición, y modelización de los procesos físicos e hidrológicos en el suelo y sus efectos.


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Distribución de la capacidad de humectación en agregados

Achim Ellies, Ricardo Cabeza y Patricia Campos. Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos, Universidad Austral de Chile, Casilla 567 Valdivia, Chile. [email protected] INTRODUCCIÓN Los compuestos orgánicos del suelo que incrementan la resistencia a la humectación, son siempre apolares. De éstos, las sustancias aromáticas o ésteres se encuentran en mínimas cantidades en el suelo, pero su efectividad es muy alta cuando ocupan posiciones estratégicas (Ellies et al., 1996). Cuando la adsorción de estas sustancias a los minerales es más intensa que la de las moléculas de agua, estas últimas se desplazan desde la superficie sólida. Este desplazamiento se observa en términos macroscópicos como una resistencia a la humectación, en la cual se reducen las posibilidades de transporte de agua y aumenta la resistencia a la dispersión de los agregados (Bachmann, 1988). Un manejo silvoagropecuario que degrada cualitativamente la materia orgánica del suelo incrementa la capacidad de humectación, pero también la susceptibilidad de los agregados a dispersarse (Ellies et al., 1996). La capacidad de humectación de un suelo depende de la distribución cualitativa y cuantitativa de la materia orgánica, variando tanto espacial como temporalmente. Esto permite suponer que la capacidad de humectación de las paredes externas de los agregados es mayor que la del material ubicado al interior de ellos, ya que las variaciones de la materia orgánica al interior de los agregados es menor que en las paredes. Las sustancias orgánicas solubles bajan la tensión superficial de la solución del suelo, de manera que pueden incorporarse al interior de los agregados a través de los poros finos. En esta investigación se analiza el cambio que experimenta la capacidad de humectación de las distintas capas de agregados en suelos bajo condiciones de pradera y bosque. MATERIALES Y MÉTODOS Se midió la capacidad de humectación de dos suelos Hapludands, series Osorno y Pemehue y dos suelos Palehumults, series Fresia y Metrenco, todos provenientes del sur de Chile. Los cuatro suelos se encontraban bajo manejo de pradera y de bosque. Las muestras fueron tomadas a dos profundidades, de 0-10 cm y 10-20 cm. De cada profundidad se seleccionaron agregados de 4 a 6,3 mm y 10 a 12,5 mm. A partir de los agregados se tomaron tres capas (externa, media e interna), que se obtuvieron raspando el agregado con la ayuda de un bisturí. El material proveniente de las capaz externas, medias e internas de los agregados, más la matriz del suelo, fueron secados al aire y tamizados, seleccionando la fracción entre 38 y 63 µm. Este material se colocó en un portaobjeto y se midió el ángulo de contacto en una lupa con campo de visión horizontal (Burghardt, 1985), en la cual se aplica una gota de agua de 0,04 cm3. El ángulo formado entre la fase líquida, sólida y gaseosa fue medido con un goniómetro ubicado en el ocular de la lupa. Se determinó el contenido de materia orgánica por oxidación húmeda (Page, 1982), para cada capa de los distintos tamaños de agregados y la matriz. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la figura 1, se observan los valores de ángulo de humectación para las cuatro series de suelo bajo pradera. Los mayores valores de ángulos de humectación, para ambos tamaños de agregados, correspondieron a las muestras de la serie Pemehue, Hapludand (Figura 1 A y 1 B), lo que representa una mayor resistencia a la humectación. El suelo con mayor capacidad de humectación es el suelo Metrenco (Palehumult).

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Figura 1. Ángulos de humectación (º) para suelos bajo pradera. A) Capas provenientes de los agregados

de 4 – 6,3 mm, B) capas provenientes de los agregados de 10 – 12,5 mm. Existe una tendencia de aumento del ángulo de humectación hacia al interior de los agregados, excepto en los agregados de 10-12,5 mm del suelo Metrenco, los que presentan una situación inversa respecto a lo observado en los otros suelos. La matriz de todos los suelos presentó un ángulo de humectación significativamente menor que en los agregados. Estas relaciones pueden deberse a los cambios cuantitativos y cualitativos de la materia orgánica hacia el interior de los agregados producto de una menor oxigenación (Ellies et al., 2002) En la figura 2 se muestran los ángulos de humectación para las cuatro series de suelos bajo bosque. Nuevamente, los ángulos de humectación son mayores en el suelo Pemehue en ambos tamaños de agregados. Además, en este suelo los valores de ángulo de contacto bajo bosque son mayores para el mismo suelo bajo pradera. Para el suelo Fresia (Palehumult) existe una tendencia de aumento del ángulo de humectación desde el exterior hacia el interior del agregado en ambos tamaños (4 a 6,3 mm y 10 a 12,5 mm), y a su vez este es mayor que en la matriz, lo que concuerda con la mejor agregación de estos suelos. En la figura 3, se presenta la relación entre el contenido de materia orgánica y el ángulo de humectación para los grupos de suelos. En ambas profundidades el ángulo de humectación presenta un aumento con relación a un aumento de la materia orgánica. Sin embargo, en el suelo Metrenco (Palehumult), el aumento del contenido de materia orgánica no permite explicar aumentos en el ángulo de humectación. Se observa además que la profundidad tiene un efecto importante sobre el ángulo de contacto, en los suelos bajo bosque a una profundidad de 10-20 cm (Figura 3 B), existe una disminución de esta propiedad, esto se puede deber a que los mismos suelos bajo pradera presentan una homogeneización de la materia orgánica en profundidad.

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(º)





9

Según Ellies et al. (2002) el ángulo de contacto es mayor en las capas superficiales que en las subsuperficiales, lo cual se ve más marcadamente en los Hapludands, tanto bajo bosque como para los que se encuentran bajo pradera.

Figura. 2. Ángulos de humectación (º) para suelos bajo bosque. A) Capas provenientes de agregados de

4 – 6,3 mm, B) Capas provenientes de agregados de 10 – 12,5 mm. CONCLUSIONES Según los resultados presentados se puede concluir que: - Existe una tendencia de aumento del ángulo de contacto hacia el interior de los agregados,

tanto para los suelos bajo bosque como bajo pradera. - Existe tendencia de aumento del ángulo de contacto al incremento de materia orgánica, siendo

más claro para los suelos Hapludands. - El ángulo de contacto es menor en las capas subsuperficiales, siendo esto más marcado en los

suelos bajo bosque.

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10

Figura 3. Relación entre el ángulo de humectación y el contenido de materia orgánica para distintos suelos

y manejos. A) Capa de 0-10 cm y B) Capa de 10-20 cm. (a) manejo de pradera y (b) manejo de bosque.

REFERENCIAS Bachmann J. 1988. Auswirkung der organischen Substanz verschiedenen Zersetzungs -grades auf die

physikalischen Bodeneigenschaften. Diss. Univ. Hannover. Burghardt, W. 1985. Determination of the wetting characteristics of peat soils extracts by contact angle

measurements. Z. Pflanenzenernähr Boden. 148: 66-72. Ellies A.; Grez R.; Ramírez C. 1996. Efecto de la materia orgánica sobre la capacidad de humectación y

las propiedades estructurales en algunos suelos de la zona Centro Sur de Chile. Agro Sur, 24 (1):48- 58.

Ellies A.; Mac Donald R.; Ramírez C.; Campos P. 2002. Manejo del suelo y capacidad de humectación en los agregados. IX Congreso Nacional de la Ciencia del Suelo, Talca, Chile. Boletín Nº 18, Sociedad Chilena de la Ciencia del Suelo. pp. 103-106.

Page A. 1982. Methods of soil analysis. Part 2. Editor American Society of Agronomy, Wisconsin. 1159. Esta investigación fue financiada por el Proyecto FONDECYT 1010160

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Fresia (a) Metrenco (a) Osorno (a) Pemehue (a)

Fresia (b) Metrenco (b) Osorno (b) Pemehue (b)

Estrata 0 – 10 cm

Estrata 10 – 20 cm

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Fresia (a) Metrenco (a) Osorno (a) Pemehue (a)

Fresia (b) Metrenco (b) Osorno (b) Pemehue (b)

Estrata 0 – 10 cm

Estrata 10 – 20 cm


Efecto de la dinámica del agua en el comportamiento mecánico del suelo.

Oscar Seguel S. Universidad Austral de Chile. Facultad de Ciencias Agrarias, Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos. Casilla 567, Valdivia, Chile. [email protected] Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Agronómicas, Departamento de Ingeniería Agraria y Suelos. Casilla 1004, Valdivia, Chile. [email protected] INTRODUCCIÓN La teoría de la tensión efectiva desarrollada por Bishop (1959) señala que, en suelos no saturados, ésta se transmite por las tres fases y queda determinada por: σ’ = (σ - ua) + X (ua - uw) (1) Donde σ’ es la tensión efectiva sobre la fase sólida, σ la tensión total, ua la presión de aire, X el factor de saturación y uw la presión de agua (Fredlund y Rahardjo, 1993). Como el espacio poroso lleno de aire es el primero en comprimirse cuando existe una continuidad de poros hacia el exterior, la tensión efectiva es: s' = σ - X ? (2) Donde ? es el potencial mátrico. El factor X depende del grado de saturación del sistema poroso, de las propiedades hidráulicas y del arreglo de las partículas del suelo. La resistencia del suelo aumenta cuando la disminución del potencial mátrico excede la disminución del factor X, por ende cada suelo tiene una máxima resistencia para un determinado potencial mátrico (Horn et al, 1995). Los antecedentes señalan que el comportamiento del potencial mátrico durante una prueba mecánica de corte o consolidación es variable, y su cambio depende de la agregación y la distribución del tamaño de poros (Bohne y Lessing, 1988; Horn et al, 1995). Cuando un suelo no saturado se somete a un estrés externo, en una primera fase la porosidad gruesa disminuye en su diámetro, lo que provoca una re-distribución del agua del suelo, con la disminución del potencial mátrico y un aumento del factor X. Esto se traduce en el aumento de la resistencia del suelo (Horn, 1993; Horn et al, 1994). Si el estrés aumenta, el re-arreglo de partículas genera meniscos de agua convexos (presión de agua), la resistencia disminuye y el suelo se corta o deforma (Bohne y Lessing, 1988). La superficie silvoagropecuaria de la zona sur de Chile es dominada por suelos Andisoles (localmente llamados trumaos y ñadis) y suelos Ultisoles (localmente llamados Rojo Arcillosos), los cuales ocupan el 50 a 60% de la superficie arable del país (Besoaín, 1985). Los suelos del Orden Andisol poseen una alta retención de fósforo, un abundante contenido de hierro y aluminio en solución y una baja densidad aparente. Del punto de vista físico-mecánico, la baja densidad aparente (< 0,85 Mg m-3), asociada a una alta porosidad y una microagregación en unidades esféricas, le confiere a estos suelos una muy buena aptitud para sustentar diferentes niveles de manejo (Ellies, 1988; 1995). Los Ultisoles presentes en esta zona poseen altos contenidos de fracción arcilla, con abundancia de alófana, baja saturación de bases y alta densidad aparente. Ambos tipos de suelos poseen elevados contenidos de materia orgánica (Ellies, 1986). Al dominar las fracciones texturales medias a finas, se espera que las propiedades mecánicas de estos suelos tengan una fuerte dependencia del potencial mátrico. Dada su excelente agregación superficial, se espera que el comportamiento del potencial mátrico de un suelo Andisol durante una prueba mecánica sea similar a la de los suelos de mineralogía cristalina descritos en la literatura. En este trabajo se presentan resultados de un proyecto de investigación y de una tesis doctoral, ambos desarrollados en el laboratorio de suelos de la Universidad Austral de Chile. El objetivo principal es cuantificar la dependencia de las propiedades mecánicas con el cambio de uso del

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suelo, pero para el presente artículo el objetivo específico es establecer la dependencia de las propiedades mecánicas con la dinámica del potencial mátrico del agua del suelo. MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizaron muestras no disturbadas de suelos con influencia de cenizas volcánicas, más un Alfisol de la zona Central, también con algún grado de aporte de cenizas. Las muestras fueron colectadas entre los 35 y 41° Latitud Sur, con precipitaciones anuales variables entre 500 y 1500 mm de norte a sur, respectivamente. Los suelos y algunas de sus características se encuentran detallados en el cuadro 1. Cuadro 1. Clasificación taxonómica, ubicación y algunas propiedades importantes de los suelos estudiados

Arcilla‡ Limo‡ Serie Clasificación taxonómica†

Ubicación Materia orgánica (%)‡

(%) Mariposa Ochreptic Haploxeralf 35° 50’ S 3,8 38,7 56,1 Pemehue Pachic Fulvudand 38° 80’ S 18,9 22,5 67,3 Metrenco Typic Palehumult 38° 70’ S 7,5 48,0 43,5 Osorno Typic Hapludand 40° 60’ S 23,0 39,1 50,9 Fresia Typic Hapludult 40° 80’ S 13,1 61,3 30,3

† Fuente: USDA (1998). ‡ Fuente: Mella y Kühne (1985). El muestreo se realizó en sectores cercanos con bosque o matorral nativo y pradera de más de cuatro años de establecimiento. Se tomaron muestras en profundidades de 0-10 y 10-20 cm para contrastar la agregación superficial. Para la Serie Osorno también se tomaron muestras de 40-60 cm. Las evaluaciones generales correspondieron a la densidad aparente, por el método del cilindro y el terrón; la distribución de tamaño de poros, a través de la olla de presión y; la conductividad hidráulica saturada, mediante una metodología de carga constante. Las pruebas mecánicas evaluadas correspondieron a la resistencia tensil no confinada de los agregados (Blazejczak et al, 1995), la capacidad de soporte, mediante consolidación confinada con drenaje libre (Hartge, 2000) y la resistencia al corte, mediante caja de corte directo (Kézdi, 1980) a una velocidad de 1 cm h-1. La prueba de consolidación se realizó con cargas crecientes de 6,25; 12,5; 25; 50; 100; 200; 300; 400 y 800 kPa, con intervalos de 10 minutos entre cada carga. Las muestras de la Serie Osorno se consolidaron con intervalos de 10 y de 30 minutos. La capacidad de soporte se estimó a partir de la metodología gráfica propuesta por Casagrande (Dias Junior y Pierce, 1995), mientras que las propiedades de corte se determinaron a partir de la recta de Coulomb, mediante un ajuste de regresión lineal. Las muestras fueron evaluadas a distintas tensiones mátricas, desde saturado a seco al aire. Para las muestras de la Serie Osorno, se midió el cambio del potencial mátrico durante las pruebas de consolidación y corte. Todos los análisis consideraron tres repeticiones, excepto la prueba de corte, la cual se realizó con cinco repeticiones. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El cuadro 2 presenta los resultados de la capacidad de soporte de los suelos, determinada a partir de la curva de consolidación y para distintos equilibrios de tensión mátrica. Se incluye el rango de variación de la densidad aparente. Como era de esperar, la capacidad de soporte aumenta a medida que el suelo se seca, pero la muestra subsuperficial de la pradera de la Serie Pemehue tuvo un comportamiento contrario a lo esperado. Los suelos Andisoles poseen una marcada condición estructural, con agregados bien definidos en superficie, pero en profundidad disminuye rápidamente el contenido de carbono orgánico y la estructuración. Para el caso de la Serie Pemehue, éste corresponde a un Andisol joven, donde los ciclos de secado y humedecimiento no han sido lo suficientemente intensos como para lograr el ordenamiento de las partículas en agregados estables, por lo que en su estado actual se comporta como un material arenoso, ya que al secarse pierde cohesión.


13

Cuadro 2. Valores de preconsolidación (kPa) y densidad aparente (Mg m -3) de los suelos.

Serie Tensión (kPa)

Bosque 0-10 cm

Bosque 10-20 cm

Pradera 0-10 cm

Pradera 10-20 cm

Densidad aparente (Mg m -3)

-1600 215 252 251 266 -60 59 98 76 105 0,60 - 0,80

Osorno Andisol

-1 38 65 50 88 -1600 188 77 204 29 -60 14 56 55 53 0,30 - 0,66

Pemehue Andisol

-1 6 15 37 56 -1600 259 249 169 167 -60 68 41 64 84 0,68 - 0,86

Fresia Ultisol

-1 61 22 46 72 -1600 145 132 107 164 -60 24 29 69 156 0,73 - 1,13

Metrenco Ultisol

-1 23 32 72 88 -1600 231 233 173 200 -60 79 123 101 156 1,19-1,50

Mariposa Alfisol

-1 81 86 31 77 Estos resultados se corroboran en el cuadro 3, donde se presentan los valores de cohesión derivados de la recta de Coulomb. Cuadro 3. Valores de cohesión (kPa) de los suelos en función del potencial mátrico.

Serie Tensión (kPa)

Bosque 0-10 cm

Bosque 10-20 cm

Pradera 0-10 cm

Pradera 10-20 cm

-1600 32 39 82 54 -60 21 31 26 36

Osorno Andisol

-1 21 26 18 14 -1600 24 2 23 0 -60 6 8 18 5

Pemehue Andisol

-1 3 7 12 8 -1600 50 48 55 64 -60 24 15 26 21

Fresia Ultisol

-1 2 9 22 27 -1600 23 54 36 75 -60 10 21 25 17

Metrenco Ultisol

-1 9 15 15 9 -1600 58 65 98 81 -60 30 20 27 22

Mariposa Alfisol

-1 24 27 19 11 Nuevamente se observa el efecto de la tensión mátrica, cuya disminución ocurre a una mayor tasa que la disminución del factor X, lo que resulta en una mayor tensión efectiva. El ángulo de fricción interna manifestó la misma tendencia, ya que los cortes se realizaron con cargas normales bajas (< 60 kPa), lo que permitió manifestar el roce entre los agregados. Las muestras de 10-20 cm de la Serie Pemehue se comportan como un material arenoso, esta vez en ambos tipos de manejo, donde a medida que el suelo se seca pierde cohesión. Al evaluar los agregados individuales de la Serie Osorno mediante la prueba de resistencia tensil, se observó también una fuerte dependencia de los resultados en función del potencial mátrico (Figura 1). A medida que el suelo se seca, el aumento de la resistencia tensil en las muestras subsuperficiales ocurre a una menor tasa respecto a la muestra superficial, lo que indicaría que, en suelos Andisoles, el comportamiento similar a un suelo arenoso se encontrará en función del grado evolutivo del suelo (profundidad de muestreo).

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Figura 1. Resistencia tensil (kPa) de agregados de la Serie Osorno en función del potencial mátrico (pF, log hPa de tensión).

En el horizonte de 40 a 60 cm, los procesos de formación de suelo, con la consecuente agregación, han sido menos intensos, debido a la menor exposición a las condiciones climáticas. Los agregados de este horizonte también poseen una menor estabilidad al agua, debido al bajo contenido de Carbono orgánico (0,54%, versus el horizonte de 0-10 cm, con 5,9%), lo que se traduce en una ausencia de resistencia tensil a potenciales mátricos de –10hPa, derivado de la extrapolación de la recta de ajuste. Por su parte, los agregados del horizonte superficial, altamente estables al agua, tendrían una resistencia tensil aún en condiciones saturadas. Hasta el momento se ha discutido la dependencia de las propiedades mecánicas considerando al potencial mátrico como un factor constante. Sin embargo, en las muestras de la Serie Osorno se midieron los cambios de la tensión del agua, tanto en las pruebas de consolidación como en las de corte. La figura 2 presenta la variación de esta propiedad durante la consolidación de muestras superficiales con distintos equilibrios mátricos iniciales. El proceso de carga de la figura 2 se realizó con dos intervalos de tiempo entre etapas de aumento de la carga normal, el de 10 minutos como metodología estándar al determinar la capacidad de soporte, y el de 30 minutos para asegurar el movimiento de agua sin generar cargas neutrales entre etapas de carga. El descenso inicial que se esperaba a consecuencia del cambio en los tamaños de poros con aire fue más claro cuando la prueba se realizó con una mayor cantidad de poros con aire (tensiones iniciales de –250 hPa). Figura 2. Cambio en la tensión del agua durante la prueba de consolidación (Andisol, Serie Osorno, 0 - 10

cm). Las flechas indican el momento en que se aplicó una carga normal de 300 kPa.

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

0 100 200 300 400 500

Tiempo (min)

Po

ten

cial

mát

rico

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Pa)

10 minutos

30 minutos

y = 8.3774x - 8.4108R2 = 0.94

y = 4.503e0.609x

R2 = 0.8957

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40

60

80

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0 1 2 3 4 5

pF

Res

iste

nci

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Pa)

0-10 cm

40-60 cm


15

Sin embargo, el potencial mátrico se mantuvo más o menos constante, hasta el momento en que la carga normal aumentó a 300 kPa, indistintamente del potencial mátrico inicial y del intervalo de tiempo entre cargas. El cambio en el potencial mátrico es más significativo en las muestras consolidadas con una alta tensión mátrica inicial, ya que en esta condición se desarrollan cargas neutrales (valores positivos) que contribuyen a disipar las cargas externas y que explican los valores de capacidad de soporte en suelos saturados, donde el sistema poroso lleno de agua contribuye a disipar cargas a través de la fase líquida. Para el caso de las pruebas de corte, junto con la carga normal se aplica un esfuerzo tangencial, que provoca una discontinuidad del sistema poroso. Es decir, aún con una muy baja velocidad de corte, el flujo de agua se ve restringido, lo que favorecerá la generación de tensiones neutrales. Las figuras 3 y 4 muestran resultados representativos de las pruebas de corte. Figura 3. Resistencia, asentamiento y potencial mátrico en pruebas de corte directo del Andisol Serie

Osorno con carga normal (a) mayor a 200 kPa y (b) menor a 200 kPa. Las muestras inicialmente se encontraban a una tensión mátrica de –60 hPa.

Figura 4. Resistencia, asentamiento y potencial mátrico en pruebas de corte directo del Andisol Serie

Osorno con carga normal (a) mayor a 200 kPa y (b) menor a 200 kPa. Las muestras inicialmente se encontraban a una tensión mátrica de –300 hPa.

Indistintamente del potencial mátrico inicial, una carga normal mayor a 200 kPa generó un aumento del potencial mátrico, hasta llegar a valores de presión de agua. La naturaleza dinámica de la prueba de corte, con un esfuerzo normal constante y un esfuerzo de corte creciente, trae como consecuencia que la generación de cargas neutrales ocurra con cargas normales de menor magnitud, respecto a las pruebas de consolidación, efecto que es mucho más claro mientras más cercano a saturación se encuentre el suelo. Por lo tanto, existiría una carga normal crítica a partir de la cual se genera presión de agua en el sistema poroso, y que depende de los esfuerzos externos. Sin embargo, cuando la carga normal no supera este valor crítico, los agregados no se destruyen, el sistema poroso mantiene su funcionalidad, y la tensión efectiva aumenta. La importancia de estos resultados radica en que los suelos sufren procesos acoplados, en que se asocian cambios de tipo mecánico (compactación, corte) con cambios en la hidrología del suelo (variación del potencial mátrico), afectando la resistencia mecánica y los flujos de agua y aire. El entender estos fenómenos asociados permitirá establecer mejores estrategias de

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50

100

150

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250

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0 40 80 120

Tiempo (min)

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tencial (h

Pa)

asentam

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(1/10 mm

)

resistenciaasentamientopotencial

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0 20 40 60 80

Tiempo (min)

Res

iste

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40

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Po

tential (h

Pa)

asentam

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(1/10 mm

)


a b

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100

Tiempo (min)

Res

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-150

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0

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Po

tential (h

Pa)

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(1/10 mm

)


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0 20 40 60 80

Tiempo (min)

Res

iste

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a (k

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0

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tential (h

Pa)

asentam

iento

(1/10 mm

)


a b

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labranza, lo que contribuirá al uso más eficiente de los recursos energéticos y a una mejor conservación del suelo. CONCLUSIONES

- Las propiedades mecánicas dependen fuertemente del potencial mátrico (Ψm) del agua del

suelo. Mientras más negativo es el ? m, mayor es la capacidad de soporte, la cohesión y la

resistencia tensil. Este principio no sería aplicable a suelos con dominancia de poros gruesos, donde la disminución del volumen de poros con agua es mayor que la disminución del potencial mátrico, resultando en una pérdida de cohesión a medida que el suelo se seca.

- La resistencia tensil de agregados individuales en función del Ψm tiene relación con los componentes del suelo, principalmente materiales coloidales y carbono orgánico, y con el grado evolutivo de la estructura. Durante un evento mecánico, inicialmente el Ψm puede disminuir, pero su comportamiento posterior afectará la tensión efectiva en una dirección y magnitud que depende del grado de saturación del sistema poroso del suelo y de los estreses externos.

- En el suelo Andisol de la Serie Osorno se determinó una carga normal (σn) crítica, que corresponde a aquélla que provoca una condición de inestabilidad del suelo. Durante una prueba mecánica, la σn crítica resulta en un ascenso en el potencial mátrico debido a cambios en la distribución del sistema poroso, pudiendo generarse cargas neutrales.

- La σn crítica es menor en fenómenos de corte (200 kPa) que en procesos de consolidación (300 kPa) debido a que en el corte los estreses son bidireccionales, por lo que la funcionalidad del sistema poroso se afecta en mayor grado.

REFERENCIAS Besoaín E. 1985. Los Suelos. Tosso, J. (Ed.). Suelos volcánicos de Chile. INIA-Minagri. Santiago, Chile. pp

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USDA. 1998. Keys to soil taxonomy. Eighth Ed. United States Department of Agriculture. Natural Resources Conservation Service. In CD.


17

Permeabilidad saturada en Vertisoles. Uso del Permeámetro Guelph.

Jorge Alberto Cerana , Pablo Gustavo Fontanini , Oscar Duarte, Silvia Rivarola, Eduardo Díaz , Rene Benavidez Facultad de Ciencias Agropecuarias - Universidad Nacional de Entre Ríos, Argentina [email protected] INTRODUCCIÓN La determinación de los parámetros hidráulicos en suelos de texturas arcillosas exige la selección de técnicas especiales que se adecuen a esas condiciones. Las dificultades son mayores en suelos Vertisoles, expansivos y que se agrieten al secarse. (Bouma y Loveday, 1988). Las técnicas de medición y monitoreo empleadas en suelos arenosos o francos pueden producir resultados erróneos en suelos arcillosos y son inútiles en suelos expansivos. (Bagarello 1993.). El Permeámetro de Guelph (Reynolds y Elrick 1985a) permite efectuar determinaciones en condiciones de campo, en la zona no saturada del suelo. Este método se sustenta en los análisis efectuados por Richards, que ha encontrado una solución efectiva de cálculo de la Conductividad Hidráulica Saturada (Kfs), considerando el flujo tridimensional del agua en el suelo, a partir de un hoyo en donde se mantiene una Carga Hidráulica (H) constante. Las primeras experiencias con el Permeámetro de Guelph en Argentina fueron las realizadas por Benavídez y Bricchi (1995), que trabajaron en suelos franco arenosos de Río Cuarto, Córdoba, habiendo encontrado ventajas sobre otros métodos. El objetivo del presente trabajo es la determinación de Kfs en suelos expansivos dedicados a la producción de arroz en condiciones de alta humedad, utilizando el permeámetro de Guelph. MATERIALES Y MÉTODOS La Kfs se determinó en 3 localidades de la Provincia de Entre Ríos: San Salvador (Peludert argiacuólico) y Jubileo, (Peludert argiacuólico), Villa Mantero, (Peludert argiudólico (Entre Ríos) y en una localidad de la Provincia de Corrientes, Monte Caseros (Peludert típico), (Figura 1), durante los años 2000 y 2001. Las determinaciones fueron realizadas a una profundidad entre los 25-30 cm. y se totalizaron 27 ensayos. Para todas las mediciones se calculó el porcentaje de humedad edáfica por secado en estufa y las texturas a la profundidad donde se efectuaron las medidas. (Cuadro 1). Cuadro 1. Clasificación y Textura de los suelos bajo estudio

Textura profundidad 5-30 cm

Provincia y localidad

Subgrupos de suelos arcilla limo arena

(%) Entre Ríos Argiudolic Peludert 37,00 48,20 14,80

Entre Ríos Argiacuolic Peludert 32,90 62,80 4,40

Corrientes Typic Peludert 38,90 58,00 3,20

La medición de la Kfs se realizó por medio del permeámetro de Guelph, SOILMOISTURE 2800K1, instrumento que permite mantener una H constante, en un hoyo previamente barrenado. Mientras el agua fluye a través del suelo, la columna de agua en los reservorios del permeámetro desciende, manteniendo estable la altura de H. Esta velocidad de descenso es registrada por medio de una escala graduada a 0,1 cm, en intervalos constantes de tiempo, permitiendo

18

lecturas correctas aún a muy bajos caudales. Cuando las velocidades de descenso se estabilizan obteniendo 3 ó 4 valores iguales o con diferencias menores al 5% se termina la medición. Con el valor de velocidad de descenso estable obtenido se procede al cálculo de la Kfs,

Figura 1. Ubicación de las localidades Las recomendaciones seguidas para su utilización en suelos Vertisoles, ajustadas por Cerana et al. (2002), fueron: a. Uso del barreno

El barreno incorporado en la caja de herramientas del Permeámetro de Guelph, no es recomendable para realizar el orificio en condiciones de plasticidad, debido a la gran compactación y sellado que produce en los suelos Vertisoles, Si bien todos los barrenos alteran el estado estructural de las paredes el barreno de hoja cortante, resulta más conveniente, debiendo considerarse las medidas del hoyo logrado. El cepillo descompactador que trae el permeámetro, no produce mejoras en estas condiciones de trabajo; por el contrario cuando el suelo se encuentra muy húmedo el enlodamiento y sellado de poros se ve aumentado con su uso. b. Utilización de arena en el orificio barrenado El sellado de las ranuras de salida de agua del permeámetro, ocasiona subestimaciones en los valores obtenidos de Kfs, y la inoperatividad del equipo. Lilly (1994) recomienda el uso de arena dentro del hoyo para evitar el sellado de las ranuras por el barro, facilitando el correcto funcionamiento del permeámetro en suelos de texturas finas. c. Resultados negativos y solución de Elrick La heterogeneidad que presentan los Vertisoles, junto con los cambios volumétricos sufridos por la humectación a través del tiempo; causaron que en todas las mediciones realizadas donde el sistema de dos cargas hidráulicas (procedimiento recomendado por el manual de instrucciones)


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arrojaran resultados negativos. Los resultados negativos de valores de Kfs indicarían una distribución irregular de poros, la presencia de un pie de arado o la presencia de horizontes de pequeño espesor. Lilly (1994). Para evitar la obtención de resultados negativos, se optó por la metodología recomendada por Elrick et al. (1989), a través de la única ecuación, con los valores obtenidos por medio de una sola carga hidráulica. El uso de esta ecuación requiere la estimación del factor a. El mismo surge de considerar las características del sitio de ensayo tales como tipo suelo, textura y estructura, lo que permite una correcta elección del valor de a, según cuadro 2 Cuadro 2. Valores de a recomendados por Reynolds para suelos según estructura y porosidad

Valor a Características del suelo 0.01 Para suelos compactados, no estructurados o depósitos arcillosos lacustres o

marinos. 0.04. Para suelos de texturas finas, arcillas no estructuradas 0.12 Para suelos estructurados, arcillosos a franco, arenas finas no estructuradas 0.36 Para suelos de texturas gruesas, arenosos o gravillosos, suelos muy estructurados.

La ecuación de Elrick et al (1989), considera para determinación del Kfs la carga hidráulica aplicada, la capilaridad y el potencial gravitacional. Kfs = C . Q ( 2 . p . H2 + p . a 2 . C + 2 . p . H . a -1) -1 (1) Donde: Kf s : es la conductividad hidráulica saturada a campo. C: es un factor de la forma del bulbo de mojado adimensional. Q es el caudal de agua medido. H: es la carga hidráulica colocada dentro del orificio. α : parámetro que relaciona la textura y la estructura del suelo a: es el radio del orificio. En la ecuación (1), los tres términos del denominador representan, respectivamente la contribución de la presión hidráulica, la gravedad y la capilaridad para el total del flujo externo del orificio. De las observaciones efectuadas en el terreno, se seleccionó un valor α de 4 m-1 para los suelos de texturas finas. d. Elección de la Carga Hidráulica y condición de humedad.

La capacidad de expandirse y contraerse de los Vertisoles, según sea su contenido hídrico, produce grandes variaciones estacionales en los valores de Kfs. En períodos de bajas precipitaciones las arcillas expansivas se contraen, formando un complejo sistema de grietas y macroporos. Al inicio del riego o de las precipitaciones, los valores de Kfs se asemejan a los medidos en suelos arenosos. Por la misma capacidad de expansión y contracción que presentan estos suelos, al secarse forman grietas, particularmente en el subsuelo que están asociadas al flujo "by pass", que consiste en un rápido movimiento vertical del agua gravitacional atravesando horizontes secos o insaturados. (Bouma y Loveday, 1988) (McIntyre et al, 1982). Para comprender el movimiento del agua en suelos agrietables, (Talsma and Van der Lelie, 1976) (Figura 2) considera un modelo de infiltración donde las grietas del suelo irán cerrándose por el hinchamiento durante el humedecimiento. Por otra parte al encontrarse muy húmedos, el Kfs es cercano a cero. Las mediciones realizadas, correspondieron a un período de altas precipitaciones y de balance hídrico positivo, en estas condiciones el suelo se mantuvo con alto contenido de humedad en el perfil, disminuyendo la macroporosidad y aumentando la microporosidad por efecto del hinchamiento. El empleo de H de 5 ó 10 cm, recomendadas por el manual, no alcanzaba a generar una presión suficiente para lograr el flujo del agua en el suelo, obteniendo valores de 0 mm h-1 de Kfs. Al aumentar H a valores de 20 cm, no se encontraron valores nulos de Kfs, En todos los casos se considera que los valores de Kfs están siendo subestimados debido al efecto de enlodamiento de las paredes

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del orificio producido por el barreno. Como el estudio plantea reproducir aproximadamente las condiciones de permeabilidad durante el cultivo de arroz, la utilización de 20 cm de carga hidráulica podría simular mejor esta condición.

Figura 2. Modelo de humedecimiento de Talsma y Van der Lelie, 1976 RESULTADOS Y DISCUSIÓN En el cuadro 3 se presenta la el resumen de las determinaciones realizadas. Las filas están ordenadas de acuerdo a los valores crecientes de Kfs medios, junto con los valores máximos y mínimos obtenidos para cada localidad Los valores de Kfs mínimo fueron de 0.067 mm h-1 y los máximos de 0.395 mm h-1; estos bajos valores de Kfs encontrados reflejan las restricciones al flujo del agua en estas condiciones hinchamiento. Es observable importante la disminución de los valores Kfs, debido al aumento del porcentaje de arcilla y la disminución del porcentaje de arena. Lilly (1994) realizó determinaciones en suelos de Escocia con texturas desde franco arcilloso a franco arenoso, donde los valores de Kfs tomaron un rango desde 0.25 mm h-1 hasta 20 mm h-1. También los valores encontrados son coincidentes con los Kf s orientadores expuestos por Young (1991): 0.4 mm h-1 en los suelos de textura fina; 0.4 a 40 mm h-1 para suelos con buena estructura y > 40 mm h-1 para suelos de textura gruesa. Cuadro 3. Conductividad saturada Kfs, valores medios, mínimos y máximos por localidad.

Localidad Suelo W %

Nº de pruebas

Kfs (mm h-1) Media

Kfs (mm h-1) Mínima.

Kfs (mm h-1) Máxima.

Monte Caseros

Typic Peludert

27

3

0.067

0.009

0.52

Jubileo Argiacuolic Peludert

36.3

11

0.105

0.009

0.312

San Salvador

Argiacuolic Peludert

42.9

6

0.100

0.026

0.29

Villa Mantero

Argiudolic Peludert

38.5

7

0.395

0.017

0.66

W: Humedad gravimétrica Bagarello y Provenzano (1996) considerando diferentes condiciones de humedad, de seco a húmedo, obtuvo valores decrecientes de Kfs a medida que aumenta el contenido hídrico. Esto explica que la condición de humedad afecta a la condición de permeabilidad. La naturaleza de los


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Vertisoles contraerse y expandirse, según sea su contenido hídrico, produce grandes variaciones en los valores de Kfs. Las mediciones realizadas correspondieron a un período de altas precipitaciones y de balance hídrico positivo. En estas condiciones el suelo se mantuvo con alto contenido de humedad en el perfil, disminuyendo la macroporosidad y aumentando de la microporosidad por efecto del hinchamiento. Los bajos valores de Kfs encontrados reflejan las restricciones al flujo del agua en estas condiciones de hinchamiento. La ensayos realizados muestran una amplia variabilidad espacial, que como muchas de las propiedades físicas estudiadas en los campos dedicados a la producción de arroz, demuestran las consecuencias del intenso sistema de laboreo-sistematización, y de las condiciones a la cosecha, como se informara en los trabajos de Pozzolo et al (2001) y Cerana et al (2002). CONCLUSIONES − El Permeámetro de Guelph constituye una herramienta válida para la medición de Kfs para los

Vertisoles y otros suelos arcillosos agrietables, si se toman precauciones particulares. − El Permeámetro de Guelph es una herramienta de uso estándar y su adopción permite

comparar los valores de Kfs en suelos con distintas características texturales. Se ha comprobado la conveniencia del uso de H altas, de 20 cm, para suelos de textura fina con altos contenidos de humedad. El rango de valores de Kfs encontrados, reflejan el comportamiento de los suelos Vertisoles y otros de características vérticas de la mesopotamia Argentina.

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Utilización de las sondas nucleares en Física de Suelos. Marcelo Calvache Ulloa Universidad Central del Ecuador. Facultad de Ciencias Agrícolas, Apartado A 25-20, Quito- Ecuador. [email protected] INTRODUCCIÓN Las actividades agrícolas se efectúan sobre una capa muy delgada de la superficie terrestre, cuando se compara con las dimensiones de la atmósfera y la litosfera. A pesar de su tamaño muy pequeño, el suelo es indispensable para la vida sobre los continentes, siendo el medio de crecimiento para las plantas autotróficas esenciales, que producen alimentos y fibras para el hombre y los animales. Sin el suelo, nuestro planeta no tendría una cubierta vegetal y todo tipo de vida estaría limitado a los océanos. El suelo es un reservorio importante de los nuevos recursos hídricos. El suelo transforma las lluvias de régimen discontinuo en descargas continuas conocidas como cursos de agua y ríos y en flujo continuo de agua hacia las raíces de las plantas. La capacidad de retención del suelo, que le permite almacenar agua de lluvia es del mismo orden de magnitud que la capacidad de todos los lagos. Un entendimiento físico adecuado de los procesos involucrados requiere de estudios detallados a diferentes niveles. Los estudios de aquellos procesos, como la conductividad hidráulica, que ocurre en el medio poroso del suelo requiere de una caracterización detallada de los tres componentes del sistema suelo: sólido, líquido y gaseoso y para esto la sonda de neutrones es un equipo que presenta ciertas ventajas (IAEA 1980), Greacen (1991), Reichardt et al (1997). La conductividad hidráulica (K) de los suelos, es un parámetro que indica la capacidad de los suelos para transmitir el agua y es extremadamente dependiente de la humedad del suelo (θ). Por lo tanto, para un determinado medio poroso se define una función K(θ) y todos los métodos para la determinación de la conductividad involucran la medición de la humedad del suelo. Entre estos métodos, muchos son adaptados para utilizarse con la sonda de neutrones, principalmente aquellos utilizados en condiciones de campo. Como ejemplo se pueden mencionar los métodos presentados por Watson (1966); Libardi et al. (1980) y Sisson et al. (1980), citados por IAEA (1984), IAEA (1990). Dada la variabilidad espacial de esta característica física del suelo, es necesario establecer criterios para obtener valores promedios en un campo considerado homogéneo, en el cual se están realizando estudios de Balances Hídricos de cultivos agrícolas. MATERIALES Y MÉTODOS. Para la determinación de la función K(θ) por los métodos arriba mencionados, se seleccionó un área plana de 10 x 10 m (100 m2) en un suelo Typic Durustoll, ubicado en el centro experimental La Tola, en Tumbaco-Ecuador ( 00o 13’S; 78o 22’ W), altitud 2465 msnm). En esta área fueron instalados tubos de acceso para la sonda de neutrones y tensiómetros en las profundidades de 15 a 135 cm. Esta área fue inundada, manteniéndose una pequeña lámina constante de agua arriba de la superficie del suelo, hasta que la velocidad de infiltración se estabilizó, lo que pudo ser observado por medio de cilindros infiltrómetros. La velocidad de infiltración es el valor máximo de K = K0 que corresponde al valor de θ0 que es la humedad de saturación del suelo. Uno de los modelos más empleados para la función K(θ) es el exponencial:

[ ])(exp)( 00 θθγθ −= KK (1)

Donde, el valor de γ es determinado a partir de mediciones hechas después de la infiltración y cuando el agua se distribuye y drena del suelo en ausencia de absorción por las raíces de las plantas y evaporación. Terminada la infiltración, se inicia el proceso de redistribución del agua, gobernado principalmente por el potencial gravitacional, y el suelo sufre drenaje interno. La superficie fue cubierta con una lona plástica, para evitar perdidas de agua por evaporación. Considerando el inicio de la redistribución como t = 0, se realizaron mediciones de humedad del

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suelo en varios tiempos y en las profundidades seleccionadas, obteniéndose datos de θ (z,t) como se muestran en el cuadro 1. Simultáneamente se efectuaron mediciones de potencial total del agua en el suelo ψT = ψm + z, donde ψm es el potencial mátrico del agua en el suelo y z el potencial gravitacional, obteniéndose los datos de ψT (z,t) (cuadro 2). θ es fácilmente medido con la sonda de neutrones y ψm con tensiómetros. Los cálculos de K pueden ser realizados a través del método conocido como "método del perfil instantáneo" (Watson, 1966). Este método ha sido utilizado por muchos investigadores para determinar la conductividad hidráulica de suelos bien drenados. Libardi et al 1980, Sisson 1980), citados por IAEA (1984). El método asume que la tasa de disminución del agua almacenada en el perfil para la profundidad z (0≤ z ≤ L) durante la redistribución en ausencia de evaporación y absorción de agua por las raíces es equivalente a la densidad de flujo de agua a la profundidad L, por lo tanto:

[ ]11

0

),(),()(

−−

⋅=

⋅

∫=

zt

tLA

zdz

t

tzLK TTL

∂∂ψ

∂∂

∂∂ψ

∂∂θ

θ (2)

donde, la integral, que es la densidad de flujo del agua, y el gradiente del potencial total del agua en el suelo son los valores observados a una profundidad L cualquiera. Esta integral puede ser obtenida con el ajuste de los datos de A(L,t) (ecuación 2) al modelo A(L,t) = a + b ln t, obteniéndose el flujo de agua en L que es qL = b.t-1 para cualquier tiempo t. La gradiente de potencial ∂ψT/∂z puede ser obtenido de regresiones ψT = c + dz, donde d = ∂ψT/∂z; o por el método de la diferencia para un cierto intervalo de profundidades. RESULTADOS Y DISCUSIÓN A continuación se presentan los resultados de un experimento de drenaje interno para la determinación de la conductividad hidráulica (Calvache y Reichardt 1996) El valor de la Conductividad hidráulica saturada, determinada por los infiltrómetros de anillos (K0) fue de 2,26 cm/día, medida durante la infiltración en equilibrio dinámico. Los datos de humedad (θ) versus tiempo t (días) para las profundidades de suelo evaluadas se presentan en el cuadro 1. Cuadro 1. Humedad del suelo durante el drenaje interno.

Profundidad (L) Humedad (cm3.cm-3) (θ) (cm) t = 0 t = 1 t = 3 t = 7 t=15

0 0,500 0,463 0,433 0,413 0,396 30 0,501 0,466 0,432 0,414 0,398 60 0,458 0,405 0,375 0,347 0,307 90 0,475 0,453 0,438 0,423 0,414

120 0,486 0,464 0,452 0,440 0,427 Los datos de potencial total (ψT) versus tiempo (días) para cada profundidad, calculado conociendo el ψm y z, se presentan en el cuadro 2

Cuadro 2 - Potencial total durante el drenaje interno.

Profundidad (L) Potencial Total (cm H2O) (ψT) (cm) t = 0 t = 1 t = 3 t = 7 t = 15 15 -18 -38 -69 -100 -135 45 -47 -76 -104 -129 -164 75 -76 -105 -135 -163 -200

105 -108 -141 -172 -206 -229 135 -140 -172 -201 -240 -265


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Por el método de Watson (1966, citado en IAEA, 1990) se calcularon los almacenamientos de agua (ecuación 2) para valores de L=30, 60, 90 y 120cm, a partir de los datos del cuadro 1, cuyos resultados se muestran en el cuadro 3. Cuadro 3. Almacenamiento de agua en el suelo en función de la profundidad y el tiempo

Profundidad (L) Almacenamiento (L,t) (mm) (cm) t = 0 t = 1 t = 3 t = 7 t = 15 30 150,1 139,4 129,5 124,1 119,1 60 291,8 266,8 248,0 234,8 220,2 90 435,2 402,8 377,6 359,3 340,9

120 580,8 540,2 511,2 488,.9 466,1 Con estos datos se realizaron las regresiones lineales de A(L,t) versus ln t [ tlnb+a=t)A(L, ] para cada profundidad. Los flujos de agua qL son obtenidos para cada tiempo t a través de la relación qL= b.t-1 que es la derivada del almacenamiento A en relación a t. Los flujos fueron estimados por la ecuación 3 y los resultados se presentan en el cuadro 4.

ii

iiL tt

tLStLS

t

tLAq

−==

+

+

1

1 ),(-),(),(

∂∂

(3)

Cuadro 4. Flujo de agua (qL) en las diferentes profundidades y en los diferentes tiempos

El próximo paso consiste en dividir estos valores de qL por los respectivos gradientes ∂ψT /∂z en L, para obtener los valores de KL. En el cuadro 2 se presentan los datos de ψT en función del tiempo, obtenidos por tensiometria. Nótese que las profundidades de las lecturas con los tensiómetros son diferentes de aquellas donde se han realizado las medidas de humedad. Esto se hace a propósito para calcular la gradiente en el punto en que se ha determinado θ. Por ejemplo: para calcular la gradiente de ψT en L = 60, utilizamos los tensiómetros inmediatamente encima (45cm) y debajo (75cm) de esa profundidad:

[ ]30

)45()75(

60

TT

TT grad

z

ψψψ

ψ −==

∂∂

(4)

Como los flujos qL fueron medidos en tiempos intermedios, debemos también calcular las gradientes en los mismos tiempos. Para ello se calculan los promedios de Tψ entre ti y ti+1 y se

construye un nuevo cuadro (Cuadro 5) Luego se calculan los gradientes hidráulicos respectivos (Cuadro 6): Dividiendo los flujos qL por sus respectivas gradientes se obtienen los valores de conductividad hidráulica KL (Cuadro 7) Cuadro 5. Valores de ψT promedio en diferentes profundidades y tiempos

L Tψ (cm H2O)

(cm) t = 0,5 t = 2 t = 5 t = 11 15 -28,0 -53,5 -84,5 -117,5 45 -61,5 -90,0 -116,5 -146,5 75 -90,5 -120,0 -149,0 -181,5 105 -124,5 -156,5 -189,0 -217,5 135 -156,0 -186,5 -220,5 -252,5

Profundidad (L) Flujo de agua qL(mm.día -1) (cm) t = 0,5 t = 2 t = 5 t = 11 30 -10,7 -5,0 -1,4 -0,6 60 -25,0 -9,4 -3,3 -1,8 90 -32,4 -12,6 -4,6 -2,3

120 -40,6 -14,5 -5,6 -2,9

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Cuadro 6. Gradientes hidráulicos

L Gradiente ψT (cm.cm -1) (cm) t = 0,5 t = 2 t = 5 T = 11 30 -1,117 -1,217 -1,067 -0,967 60 -0,967 -1,000 -1,083 -1,167 90 -1,133 -1,217 -1,333 -1,200 120 -1,050 -1,000 -1,050 -1,167

Cuadro 7. Conductividad hidráulica (KL)

L Conductividad hidráulica KL (mm.día-1) (cm) t = 0,5 t = 2 T = 5 t = 11 30 9,58 4,11 1,31 0,62 60 25,85 9,40 3,05 1,54 90 28,60 10,35 3,45 1,92

120 38,67 14,50 5,33 2,48 En seguida, para establecer las funciones K(θ), se necesita saber a qué valores de θL corresponden los valores de KL que se calcularon (Cuadro 7). Los datos de θ son para tj = 0; 1; 3; 7 y 15 (cuadro 1), mientras que los valores de K son para ti = 0,5; 2; 5 y 11. Una forma es obtener las medias aritméticas de los θ dados en el cuadro 1. Hecho esto, se tiene, para cada L, cuatro pares de K y θ que nos dan los puntos para establecer las funciones K(θ). Cuadro 8. Valores de K y θ

L = 30 cm L = 60 cm L = 90 cm L = 120 cm K θ K θ K θ K θ

9,58 0,483 25,85 0,431 28,60 0,464 38,67 0,475 4,11 0,449 9,40 0,390 10,35 0,445 14,50 0,458 1,31 0,423 3,05 0,361 3,45 0,430 5,33 0,446 0,62 0,406 1,54 0,327 1,92 0,418 2,48 0,433

El próximo paso es realizar regresiones lineales de ln K versus θ para cada profundidad L y verificar los valores de R2. Cuando son altos, las ecuaciones K(θ) serán de tipo exponencial. De la regresión lineal de ln K versus θ con los datos del cuadro arriba, resultan las ecuaciones:

L = 30 cm ln K = -14,8786 + 35,763 θ R2 = 0,980 L = 60 cm ln K = -8,8030 + 28,000 θ R2 = 0,987 L = 90 cm ln K = -24,5168 + 60,129 θ R2 = 0,995 L = 120cm ln K = -27,9925 + 66,711 θ R2 = 0,995

Como los valores de R2 son altos, el comportamiento de K versus θ puede ser considerado exponencial, según la ecuación 1, y las ecuaciones específicas para cada profundidad son:

L = 30 cm K(θ) = 3,45 x 10-7 exp (35,763 θ) L = 60 cm K(θ ) = 1,50 x 10-4 exp (28,000 θ) L = 90 cm K(θ) = 2,25 x 10-11 exp (60,129 θ) L = 120 cm K(θ) = 6,97 x 10-13 exp (66,711 θ)

La conductividad hidráulica saturada presenta un valor de K0 = 22,6 mm/día, medido en la superficie del suelo durante la infiltración. Veamos como este valor se compara con los valores estimados por las ecuaciones indicadas arriba. Para esto, basta sustituir en ellas los valores respectivos de θ0 (saturación), que son los valores de θ en t = 0:


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L = 30 cm θ0 = 0,501 cm3.cm-3; K0 = 18,13 mm.día-1 γ = 35,76 L = 60 cm θ0 = 0,458 cm3.cm-3; K0 = 55,65 mm.día-1 γ = 28,00 L = 90 cm θ0 = 0,475 cm3.cm-3; K0 = 57,04 mm.día-1 γ = 61,13 L = 120 cm θ0 = 0,486 cm3.cm-3; K0 = 83,89 mm.día-1 γ = 66,71

Teóricamente, al final del proceso de inundación e inicio de la redistribución del agua o "drenaje interno" (t = 0), el agua se infiltra en equilibrio dinámico y K0 debería ser el mismo en cualquier profundidad. Sin embargo quien determina K0 en el perfil es la capa de menor conductividad. Con las ecuaciones, se obtuvieron valores diferentes de K0. Esto era esperado, pues ellos fueron calculados en la redistribución, y el horizonte de menor conductividad influye en todo el perfil principalmente en nuestro caso, donde el horizonte de menor conductividad es el superior y las capas más profundas drenan más libremente. Otro aspecto importante es que las ecuaciones K(θ) son exponenciales, lo que resulta en grandes errores de K para pequeños errores de medida de θ. En resumen, se observaron algunas diferencias de los resultados obtenidos con los diferentes métodos para una profundidad dada. Como ejemplo, en el cuadro siguiente se presenta los valores obtenidos para L = 90:

Método γ K0 (mm.día-1)

Watson (1966) 60,13 57,04 Libardi et al. (1980) 68,03 58,20 Sisson et al. (1980) 67,65 57,91

Las diferencias observadas entre estos métodos se deben a que el método de Watson (1966) utiliza los valores de gradiente de potencial en su modelo mientras los otros dos métodos simplificados utilizan valores de gradientes unitarios de potencial. Esta simplificación es válida para suelos homogéneos. REFERENCIAS Calvache A. M.; Reichardt K. 1996. Efeito de épocas de deficiência hídrica na eficiência do uso

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Densidad de probabilidad como herramienta en la caracterización de la conductividad hidráulica saturada

de los suelos Maria da Glória Bastos de Freitas Mesquita1 y Sérgio Oliveira Moraes2

1Universidade Federal de Lavras. Departamento de Ciência do Solo. C.P. 37, Campus Universitário, Lavras, Minas Gerais, Brasil. [email protected] 2Universidade do Estado de São Paulo. Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiróz". Departamento de Ciências Exatas. C.P. 9, Piracicaba, São Paulo, Brasil. [email protected]

INTRODUCCIÓN

La conductividad hidráulica saturada (Ksat), debido a su importancia para informar sobre la capacidad de transporte de agua, solutos y sustancias qu ímicas en el suelo, debe ser bien caracterizada, pues a partir de esta y utilizando modelos matemáticos se puede determinar la conductividad hidráulica del suelo (K) y as í obtener información sobre el movimiento de agua y solutos. La Ksat puede también proveer información indirecta en cuanto a estructura y su estabilidad, correlacionándose con las propiedades físicas del suelo. En la literatura hay referencias que muestran que los valores de conductividad hidráulica saturada en una misma área pueden ser muy variables, lo que se refleja en una gran amplitud total y altos coeficientes de variación (Warrick y Nielsen, 1980; Kutilek y Nielsen, 1994, Cooke et al., 1995; Hann y Zhang, 1996; Paz, 1996; Cooley, 1999; Moura et al., 1999; Brejda et al., 2000; Smesrud y Selker, 2001; Mesquita, 2001; Mesquita et al., 2002). Esto es un indicativo de que la propiedad varía espacialmente y no es representada por una distribución de probabilidades simétrica y, por lo tanto no siempre una media aritmética o una mediana pueden ser asumidas como valores representativos de toda el área, debiéndose por lo tanto identificar la función densidad de probabilidad que mejor se ajusta a los datos observados de Ksat para el área en estudio. Pero la dificultad no se limita a identificar el tipo de distribución empírica subyacente, sino que hay que buscar la mejor forma de caracterizar la variable. Aunque la Ksat es dependiente de propiedades como la densidad, textura y porosidad, estas no siguen la misma distribución, llevando a un error razonablemente comun como es ignorar la variabilidad diferenciada entre las propiedades físicas del suelo, considerando siempre el mismo número de muestras, dando por lo tanto una sensibilidad diferente a varias medidas. El objetivo de este trabajo es identificar las distribuciones de las probabilidades que mejor caracterizan la Ksat y variables correlacionadas, como densidad del suelo, densidad de partículas, porosidad total, macro y microporosidad. Identificadas las distribuciones y por lo tanto las respectivas medidas de posición y dispersión, el trabajo discute una manera alternativa de caracterizar la Ksat. MATERIALES Y MÉTODOS Tres suelos con diferentes clases texturales fueron estudiados: un Latosol Rojo-Amarillento distrófico típico (LVAd), con textura arcillo – arenosa, un Latosol Rojo distroférrico típico (LVdf), de textura arcillosa y un Neosol Quartzarénico órtico típico (Rqo) de textura arenosa, provenientes de la región centro-oeste del estado de San Paulo, en Brasil, localizados a 22º 41’ de latitud sur, 47º 39’ de longitud oeste, y altitud de 550 m, aproximadamente. Se colectaron muestras disturbadas y no disturbadas en la capa de 0 a 20 cm de profundidad. Las muestras no disturbadas fueron tomadas con un tomamuestras tipo Uhland y cilindros metálicos de 7.2 cm de diámetro y altura. En el suelo LVAd se tomaron 70 muestras, mientras que en los otros dos suelos, LVdf y Rqo, se tomaron 30 muestras. Para la determinación de la conductividad hidráulica saturada (Ksat) se utilizó el método del permeámetro de carga constante (Youngs, 1991). Para la saturación previa se tomaron los cuidados descritos en Faybishenko (1995), Moraes (1991) y mas detalles pueden ser vistos en Mesquita (2001). Después de la determinación de Ksat, las muestras fueron nuevamente saturadas y llevadas a

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mesa de tensión a – 0,006 MPa, para la determinación de microporosidad, conforme a Embrapa (1998). La porosidad total (PT, m3m-3) fue calculada utilizando la equación: PT = 1 - Ds/Dp y la macroporosidad fue calculada por la diferencia entre PT y la microporosidad. La densidad del suelo fue determinada según Blake y Hartge (1986) y la densidad de partículas por el método del balón volumétrico, descrito en Kiehl (1979). El análisis estadístico consistió en la obtención de las medidas de posición y dispersión, análisis de datos discrepantes, análisis gráficos de las rectas de Henry y prueba de Kolmogorov-Smirnov para verificación de ajuste de los valores observados a la distribución estadística teórica normal (Campos, 1983; Clark y Hosking, 1986; Isaaks y Srivastava, 1989), finalizando con técnicas robustas utilizadas para comparación de modelos conforme a Zacharias et al. (1996) y Sentelhas et al. (1997). Para el estudio de posibles valores discrepantes se consideró el diagrama de ramas y hojas, el resumen de cinco números, el análisis para datos discrepantes y la figura Box-plot, conforme a Hoaglin et al. (1992), Libardi et al. (1996) y Mesquita et al., (2002). El estudio estadístico incluyó un análisis de los resultados en términos de probabilidad de ocurrencia y de métodos adequados de determinación de parámetros poblacionales, considerando los resultados lognormalmente distribu ídos, (Parkin et al., 1988; Parkin y Robinson, 1992). Para el cálculo de los parámetros de la distribución lognormal fue utilizado el método UMVUE (Uniformly Minimum Variance Unbiased Estimators), recomendado por Parkin et al. (1988), y para el cálculo de los límites de confianza la metodología indicada por Parkin et al. (1990). RESULTADOS Y DISCUSIÓN En el cuadro 1 se presenta un resumen estadístico para las variables densidad del suelo (Ds), densidad de partículas (Dp), Porosidad total (PT), macroporosidad (Macro), microporosidad (Micro) y conductividad hidráulica saturada (Ksat) para el Latosol Rojo-Amarillento distrófico típico (LVAd) de textura arcillo arenosa. Se observa que los valores de la media y mediana son iguales o muy próximos, con excepción de Ksat. Esto es indicativo de que los valores se encuentran distribuidos simetricamente alrededor de la media y de la mediana, y que estas medidas pueden ser consideradas como valores típicos del conjunto de observaciones, o sea, que los resultados observados pueden ser resumidos por una de esas medidas. Para la variable Ksat la diferencia entre el valor medio y el de la mediana es acentuada, verificándose que la media es 25% mayor que la mediana. Para las variables Ds, Dp, PT y Micro, se observa que la amplitud de variación de los datos no es muy acentuada, cuando es comparada con los respectivos valores de la media y la mediana, o sea, que los datos no se distancian mucho de estas medidas de tendencia central, lo que refuerza las hipótesis de menor dispersión entre los datos y la simetria de las distribuciones. Para la variable Macro la amplitud total es mas alta, indicando que hay una variación mayor entre los valores observados, lo que podría influenciar una simetria de los mismos en torno de las medidas de tendencia central. Para la variable Ksat esta diferencia es aun mayor, siendo el valor máximo de Ksat treinta y tres veces mayor que el valor mínimo. Lo mismo ocurre con medidas menos tendenciosas como los cuartiles y la amplitud intercuartílica. El analisis de las desviaciones estándar muestra que para las variables Macro y Ksat, la desviación estándar fue mayor comparativamente a sus valores medios, lo que implicó coeficientes de variación mas elevados, indicando que existe una mayor variabilidad entre los datos observados. El estudio muestra que la Dp tiene menor variación y que las variables Ds, PT y Micro, con coeficiente de variación igual a 7% tienen variabilidades semejantes, por eso todas pueden ser clasificadas, según Warrick y Nielsen (1980), como de baja variación. La variable Macro, con coeficiente de variación igual a 20%, se encuentra el el límite de clasificación entre baja y media variabilidad, y la Ksat presenta alta variabilidad, con coeficiente de variación mayor que 70%. La importancia de esa constatación es que la utilización de un mismo número de muestras para la caracterización conjunta de esas propiedades llevaría a diferencias en la sensibilidad de los estimadores. El tipo de asimetría que afecta a la Ksat es identificado por el signo del coeficiente de simetría, indicando en el caso, una asimetría a la derecha. Esto es suficiente para caracterizar la distribución como no-normal, por lo tanto esta condición es reforzada por el elevado coeficiente


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de kurtosis. La identificación de candidatos a valores discrepantes es importante, principalmente por las consecuencias en la simetría de la distribución. Por el diagrama de ramas y hojas, el resumen de los cinco números y el análisis de límites críticos para datos discrepantes, determinados conforme a Hoaglin et al., (1992), Libardi et al., (1996) y Mesquita (2001), se observó que los valores que inicialmente podrian ser considerados como discrepantes, no fueron confirmados como tal, debiendo ser descritos por la función densidad de probabilidad de los resultados analíticos. Cuadro 1. Resumen estadístico para las variables densidad del suelo (Ds, kg.m -3), densidad de partículas

(Dp, kg.m -3), porosidad total (PT, m3.m-3), microporosidad (Micro, m3.m -3), macroporosidad (Macro, m3 m -3) y conductividad hidráulica saturada (Ksat, x 10-2 m s-1).

Estadístico / Variable DS DP PT MICRO MACRO KSAT

Media 1365 2764 0,50 0,26 0,24 0,01571 Mediana 1380 2750 0,50 0,26 0,24 0,01256 Valor Mínimo 1020 2640 0,40 0,21 0,13 0,00183 Valor Máximo 1570 2950 0,63 0,31 0,42 0,06073 Amplitud Total 550 310 0,23 0,01 0,29 0,05889 Cuartil Inferior 1300 2730 0,47 0,25 0,21 0,00973 Cuartil Superior 1430 2810 0,53 0,27 0,28 0,01759 Amplitud Intercuartil íca 130 80 0,06 0,02 0,07 0,00786 Intervalo de Confianza (–95%) 1341 2749 0,496 0,255 0,233 0,01289 Intervalo de Confianza (+95%) 1389 2779 0,515 0,264 0,257 0,01853 Varianza 10000,7 3876,85 0,00159 0,00038 0,00244 0,00014 Desviación estándar 100,003 62,26 0,039 0,019 0,049 0,01181 Coeficiente de Variación (%) 7 2 7 7 20 75

Coeficiente de Asimetria -0,724 0,281 0,513 0,231 0,833 2,562 Coeficiente de Kurtosis 4,139 3,169 3,529 -3,373 4,216 10,360

La asimetría, verificada por los gráficos de ajuste de probabilidad normal, no fue suficiente para perjudicar el ajuste de la función densidad de probabilidad normal para las variables, con excepción de la variable Ksat. Comparando los trazados de las curvas de probabilidad en los histogramas de frecuencias, no se verificaran desplazamientos significativos en las referidas curvas para las variables Ds, Dp, PT, Macro e Micro. Por lo tanto se verificó el no ajuste de los datos a la distribuición para la variable Ksat, la discrepancia entre el histograma y la curva fue evidente. Estos resultados pueden ser verificados en Mesquita (2001). Asi, la función densidad de probabilidad normal no representa los resultados observados de Ksat y, por tanto las medidas estadísticas presentadas en el cuadro 1, no deben ser consideradas como representativas de propiedad Ksat. Resultados semejantes fueron encontrados también para los otros dos suelos estudiados, confirmando el no ajuste de la distribución normal para la Ksat, independente del tipo de suelo considerado. La prueba de Kolmogorov-Smirnov confirmó las informaciones gráficas, o sea, las variables, con excepción de Ksat, no presentaron diferencias significativas al ser probadas en relación a la distribuición normal. Las variables Ds, Dp, PT, Micro y Macro son entonces, perfectamente definidas por la función densidad de probabilidad normal, y pueden ser resumidas por sus parámetros estatísticos, o sea, los valores presentados en el cuadro 1 pueden ser considerados representativos de estas variables y las decisiones para operaciones de práticas agrícolas pueden ser tomadas a partir de estos valores. La variable Ksat, de manera opuesta, no presentó normalidad. Los análisis estadísticos comunmente utilizados para verificación de diferencias entre tratamientos, tales como análisis de varianza, regresiones, pruebas de hipótesis exigen que las variables tengan distribución normal, por esto deben ser utilizadas solamente si esta exigencia es cumplida, caso contrario las conclusiones estadísticas pueden ser asumidas erróneamente.

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Comprobada la no normalidad de los datos hay que buscar otra distribución para describir la propiedad. Con esta finalidad se aplicó la prueba de Kolmogorov-Smirnov para otras distribuciones asimétricas citadas en la literatura. Las diferencias entre los resultados observados y los esperados por las distribuciones lognormal, gama y beta no son estadisticamente significativas para los suelos LVAd, LVdf y RQo, o sea, se puede considerar que se ajustan a esas distribuciones de probabilidades. Otro criterio es la facilidad de entendimiento/operacionalización. Por ese criterio, la distribución beta es la mas compleja en sus fundamentos básicos, presentando mayor dificuldad en la manipulación de los datos y en los cálculos de sus parámetros. Por estas razones y por la mayor diferenciación con relacion a los datos observados, expresada por la diferencia encontrada por la prueba de Kolmogorov-Smirnov, se optó por no considerarla mas en este estudio y como opción para expresar la distribución de Ksat. Quedan entonces las distribuciones lognormal y gama, la primera bastante citada en la literatura y la segunda en trabajos mas recientes como el de Moura et al. (1999). El critério seguido para escoger entre esas dos distribuciones fue la utilizacion de técnicas robustas, conforme a Zacharias et al. (1996) y Sentelhas et al. (1997). La segunda de esas técnicas, verificó que la función densidad de probabilidad lognormal presentó el índice de concordancia (IC) más próximo de 1, lo mismo ocurrió con el coeficiente de determinación (CD) y la eficiencia (EF), mientras el error absoluto medio (EAM), el error máximo (EM), el coeficiente de masa residual (CMR) y la raiz quadrada del error medio cuadrático normalizado (RQEM) estuvieron mas próximos a cero, comparando con los coeficientes de la distribución gama. Esto permite concluir que el ajuste de los datos fue mejor para la distribución lognormal que para la distribución gama.

La utilización de un critério único para decidir sobre la adecuación de las distribuciones puede ser bastante insatisfactorio. En el presente trabajo, el conjunto de critérios utilizados, de Kolmogorov-Smirnov, grá fica y por técnicas robustas no deja dudas sobre a superioridad de la distribución lognormal sobre estos critérios estadísticos. Una vez definida la función más adequada para representar la distribución de los tres suelos, el resto de la discusión se referirá al suelo de textura media (LVAd) para no ser repetitivo, valiendo lo mismo para los demás. Parkin et al. (1988) y Parkin y Robinson (1992), evaluando métodos para estimación de datos en muestras de una población lognormal, concluyeron que el método UMVUE produce estimaciones con menos errores. Por ese método, los valores característicos de los datos observados para la propiedad Ksat, considerándolos lognormalmente distribuídos, son: media 0,0157x10-2 m.s-1, mediana 0,0127x10-2m.s-1, desviación estándar 0,0114x 10-2 m.s-1, coeficiente de variación 73%, límite inferior y superior para el intervalo de confianza para la media (95%) iguales a 0,0127x10-2

m.s-1 y 0,0175x 10-2m.s-1, respectivamente. Estos parámetros deben entonces ser analizados y utilizados mas adelante como parámetros estatísticos para la variable. Si los valores de las muestras son lognormalmente distribuídos se debe escoger entre los parámetros de posición (media y mediana) para ser usado como sumario estadístico, pues los valores no son los mismos y ofrecen diferentes informaciones sobre la distribución (Parkin y Robinson, 1992). La media es el centro de gravedad de la distribución, en cuanto que la mediana es el centro de probabilidades de la distribución. La escogencia de la medida apropiada es crítica, pues esta puede afectar mucho las conclusiones. En el presente caso la media es igual a 0,0157x 10-2m.s-1 y la mediana es igual a 0,0127x10-2m.s-1. Si la escogencia recae sobre la media este valor presentará una diferencia de 19,1% o más, [(0,0157x10-2– 0,0127x10-2) * 100/ 0,0157x10-2 = 19,1%], de que fuese escogida la mediana. Evidentemente, el proyectista tendra que tomar la decision sobre la relacioon costo/benefício mas adecuada al asumir o no esta diferencia de cerca de 19%, apenas para la Ksat. Uno de los trabajos que esta en cuestión es el de Parkin y Robinson (1992), quienes afirman que cuando la variable de interés es aleatoriamente dispersa, colectar mayor número de muestras tiene el mismo efecto que colectar menor número para el valor medio, por lo tanto la mediana poblacional es dependiente del número de muestras colectadas. Debido a este efecto, la escogencia de la mediana puede ser apropiada solamente cuando las muestras tienen, entre si, alguna dependencia. Esto implica que en sistemas donde el número de muestras es, generalmente, arbitrariamente definido por las condiciones disponibles, la mediana puede no ser apropiada para estimar el parâmetro poblacional. Mohanty et al. (1991) complementaron estas informaciones afirmando que la mediana se comporta mas como un “representativo del suelo” para los resultados del conjunto de un área menor y con características homogéneas. Una opción seria la utilizacion de tablas como el cuadro 2, evidenciando la probabilidad de


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ocurrencia y los valores de la propiedad, que podrian auxiliar la escogencia por un valor para adoptarlo como representativo de la variable, asociando a este valor la probabilidad y posibilitando la estimacion de cálculo de error como resultado de este valor. El cuadro 2 presenta el resultado de la determinación de la probabilidad de ocurrencia para los valores de Ksat en determinados niveles de ocurrencia preestablecidos, considerando las funciones densidad de probabilidad normal y lognormal para el suelo LVAd y puede ser interpretada de la siguiente forma: existe 5% (0,05) de probabilidad de que ocurra un valor de Ksat menor o igual a 0,0043x10-2 m.s-1, 10% de probabilidad de que ocurra un valor de Ksat menor o igual a 0,0055x10-2m.s-1, 15% de probabilidad de que ocurra un valor de Ksat menor o igual a 0,0064 x 10-2 m.s-1, cuando la estimación es hecha a partir de la función densidad de probabilidad lognormal. De la misma forma, existe una probabilidad de 95% de que ocurra un valor menor o igual a 0,0375 x 10-2 m.s-1

Se observa que admitiendo la normalidad, habrá una probabilidad de 5% de que exista un valor de Ksat menor que –0,0037x10-2 m.s-1, o sea, la utilización de la función normal llevaría a la existencia de valores negativos de Ksat, lo que práticamente seria imposible, pues el menor valor admisíble para Ksat en un suelo seria cero, lo cual indicaría que el suelo no permite el flujo de agua. Esto, sin embargo, no fue observado, pues e todas las muestras analizadas hubo flujo de agua. A partir de la distribución de probabilidades, los resultados cuantitativos pueden ser asumidos con mayor seguridad, pues se hace posible estimar tanto la probabilidad como la variable correspondiente, lo que podra ofrecer informaciones mas claras y precisass. Este tipo de alternativa es mas genérica, posibilitando al investigador, liberdad de interpretación de los datos, asi como mayor seguridad en la escogencia del valor a ser adoptado y en la decisión sobre valores de la propiedad que pueden ser utilizados en estimaciones de flujos de agua para grandes extensiones. Así, una mayor exploración de los métodos estadísticos y matemáticos en el tratamiento de los resultados obtenidos por los análisis de suelos permitirá obtener informaciones más precisas, de acuerdo también con los autores Parkin et al., 1988; Kutilek y Nielsen, 1994; Libardi et al., 1996; Clausnitzer et al., 1998; Moura et al., 1999, Mesquita et al., 2002.

Cuadro 2. Valores observados y estimados en determinados níveles de probabilidad de ocurrencia (menor

que), para la variable conductividad hidráulica saturada (Ksat, x 10-2m.s-1), considerando las funciones densidad de probabilidad (F.D.P) normal y lognormal, para el suelo LVAd.

Valores Estimados Nível de Probabilidad

de ocurrencia (%) Valores

Observados F.D.P. Normal F.D.P. Lognormal 5 0,0035 0,0037 0,0043 10 0,0057 0,0006 0,0055 15 0,0074 0,0034 0,0064 20 0,0087 0,0057 0,0073 25 0,0096 0,0078 0,0082 30 0,0102 0,0095 0,0090 35 0,0109 0,0112 0,0099 40 0,0117 0,0127 0,0108 45 0,0123 0,0142 0,0117 50 0,0124 0,0157 0,0127 55 0,0133 0,0172 0,0138 60 0,0142 0,0187 0,0151 65 0,0160 0,0202 0,0164 70 0,0169 0,0219 0,0180 75 0,0176 0,0237 0,0198 80 0,0186 0,0256 0,0221 85 0,0214 0,0279 0,0252 90 0,0232 0,0308 0,0295 95 0,0394 0,0351 0,0375

CONCLUSIONES − Las variables densidad de suelo, densidad de part ículas, porosidad total, macroporosidad y

microporosidad pueden ser descritas por la función densidad de probabilidad normal, y pueden ser representadas por sus parámetros estat ísticos.

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− La variable conductividad hidráulica saturada no puede ser descrita por la función densidad de probabilidad normal, por lo tanto sus parámetros no la representan.

− La función densidad de probabilidad lognormal es más indicada para describir los datos de la propiedad conductividad hidráulica saturada del suelo.

− La probabilidad de ocurrencia asociada a la distribuicion lognormal es una alternativa para la representación de la conductividad hidráulica saturada, permitiendo al investigador avalar el error de la estimación de medidas dependientes de Ksat.

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Relación entre la conductividad hidráulica saturada y la densidad aparente en tres situaciones de manejo contrastantes

C. Germán Soracco Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales, Area de Física Aplicada. Av. 60 y 119, La Plata, Argentina. [email protected] INTRODUCCION La caracterización de las propiedades hidráulicas de los suelos tiene una importancia capital en las ciencias agrarias, ya que, en gran medida son las que rigen el crecimiento y desarrollo de los cultivos. El agua en el suelo presenta movimiento en dos de los tres estados de la materia presenta movimiento, y es en el estado líquido en el que es aprovechable por las plantas, de forma que nuestro estudio debe estar basado en las leyes que rigen el movimiento del agua en este estado. Atendiendo a aspectos de carácter ambiental, el conocimiento de la infiltración del agua en el suelo, así como la caracterización del flujo subsuperficial, en magnitud y dirección, toma un carácter esencial en estudios de contaminación, para poder predecir el movimiento de contaminantes xenobióticos en dirección a las napas. No menos importante es predecir el movimiento de solutos en el suelo, ya que, como se sabe, estos en su gran mayoría se mueven en la solución del suelo y a tasas similares a lo que lo hace esta. La infiltración del agua del suelo, tanto en su estado transitorio como en el estacionario es un buen reflejo de la estructura del sistema poroso, resultante de la yuxtaposición de las partículas de suelo y de los agregados (Elrick y Corey. 1992). Algunas de las más importantes propiedades hidráulicas que permiten cuantificar el tamaño, la distribución y la continuidad del sistema poroso son; la conductividad hidráulica saturada, el potencial mátrico y la sortividad del suelo, siendo posible medir estas propiedades mediante el uso de infiltrómetros de disco. Los infiltrómetros de disco a tensión, descritos por Perroux y White (1988), están siendo ampliamente usados para determinar propiedades hidráulicas "in situ" de suelos saturados o cercanos a la saturación (Clothier y White, 1981, Wilson y Luxmoore, 1988, Smettem et al., 1995). El hecho de ser económicos, de fácil transporte y, fundamentalmente, de poder realizar mediciones in-situ “no-destructivas”, sin disturbar el suelo y sin modificar el sistema poroso natural, acompañado de la posibilidad que posee el instrumento de excluir algún tamaño de poro del flujo, ayudaron a la rápida incorporación del aparato, siendo esta última una de las más destacables. Con respecto a esto ultimo es necesario señalar que la posibilidad de excluir poros del flujo está limitada por el diseño del instrumento, siendo lo más común poder entregar agua desde el infiltrómetro con tensiones que van desde 0 cm a 20 cm. En este sentido, los infiltrómetros de disco a tensión proveen un mecanismo útil para diferenciar el movimiento del agua a través de fisuras y poros biológicos del movimiento de agua a través de la matriz del suelo (Clothier y White, 1981, Perroux y White, 1988, Ankeny et al., 1988). En el presente trabajo se utilizará el infiltrómetro de disco para caracterizar el movimiento del agua en un suelo con diferentes historias de manejo; Huerta recientemente removido, Pastura por 8 años y un sitio compactado de una zona muy transitada con animales. Asimismo, se tratará de demostrar que la conductividad hidráulica saturada y la porosidad son variables susceptibles de ser modificadas con el manejo, y que el permeámetro de disco puede ser un instrumento muy satisfactorio para detectar estos cambios, de igual forma se evaluará la capacidad predictiva de la densidad aparente sobre los valores de conductividad hidráulica saturada. MATERIALES Y MÉTODOS Las mediciones se realizaron sobre un suelo Franco-Arcilloso con problemas marcados de alcalinidad, lo que se evidencia en los daros provenientes de análisis químicos transcriptos en el cuadro 1, siendo este un predio de la Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales, ubicado en el Partido de La Plata, Provincia de Buenos Aires, Republica Argentina. Los mediciones se realizaron en un lote de unas 4 ha.

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Estas mediciones se realizaron en el marco de un proyecto cuya finalidad última es dar recomendaciones a las personas que utilizan el predio, cuya función es la de huerta comunitaria destinada a trabajadores desocupados. Se determinaron 3 sitios de medición los cuales se encontraban muy próximos en una zona de muy baja pendiente. Se buscó en estos sitios situaciones contrastantes de manejo, sobre todo en aspectos que modifiquen las propiedades hidráulicas del suelo. Los 3 sitios son; en primer lugar un lote destinado al cultivo de especies hortícolas recientemente removido (Sitio I), el segundo es un sitio con pastura de gramíneas con 8 años de antigüedad (Sitio II), la que se encontraba con muy buena cobertura y en activo crecimiento y, por ultimo, el tercer sitio era una zona que había sufrido pisoteo de animales con una intensidad importante (Sitio III). En cada uno de los sitios se realizaron las siguientes determinaciones físicas y químicas: densidad aparente, textura, conductividad hidráulica saturada, pH, capacidad de intercambio catiónico (CIC) y porcentaje de sodio intercambiable (P.S.I.). En todos los casos se extrajeron muestras del horizonte superficial. Para densidad Aparente se utilizó el método del cilindro (Blake y Hartge, 1986) para lo cual se extrajeron 6 muestras de cada sitio y los resultados se utilizaron para la obtención de las variables derivadas porosidad total e Índice de poros (n).

ssp VVn /= (1)

Siendo Vp el Volumen de poros y Vss el Volumen de la fracción sólida del suelo. Se analizaron 2 muestras de cada sitio para la determinación de la distribución de tamaño de partículas del suelo, realizándose la misma según el método del hidrómetro (Gee y Bauder, 1986) La conductividad hidráulica saturada se determinó con el infiltrómetro de disco (Perroux y White, 1988) en la superficie del suelo. El instrumento utilizado posee un disco de 12 cm de diámetro, y en todos los casos se necesitó alrededor de 2 horas para alcanzar el estado estacionario. Para la determinación de esta variable se realizaron 3 mediciones por cada sitio, en todos los casos se utilizó el infiltrómetro sin realizar succión, de forma que la totalidad de los poros participe del flujo Cuadro 1: Caracterización química de los sitios de estudio

SITIOS Na

intercambiable (cmol(+)/kg)

Capacidad de Intercambio

Catiónico (CIC) (cmol(+)kg-1)

Porcentaje de Sodio

Intercambiable (%)

pH

I 5,2 27,1 19,19 7,27

II 6,1 30,6 19,93 7,93

III 7,2 24,2 29,75 8,1

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se observaron, consecuentemente con la historia de uso de los potreros, densidades aparentes muy contrastantes, entre 0,77 Mg.m-3 y 1,43 Mg.m-3, siendo la mas alta la correspondiente al Sitio III (Zona transitada por animales), y la mas baja el correspondiente al Sitio I (suelo Recién Removido). A partir de estos valores se pudo determinar la porosidad total de suelo, tomando constante la densidad real del mismo, de forma que los valores de porosidad eran, también, muy contrastantes entre los diferentes sitios.


37

Cuadro 2: Caracterización física de los sitios de estudio.

*Los valores de porosidad total son calculados a partir de la Densidad Aparente De los datos recolectados puede evidenciarse que si bien la Densidad Aparente presenta diferencias estadísticas significativas en los diferentes sitios esto no sucede con la Conductividad Hidráulica Saturada, que entre la pastura y el suelo recientemente removido no presenta diferencias estadísticas significativas (Figuras 1 y 2).

0,77a

1,15b

1,43c

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

Das

(M

g/m

3)

Huerta

Pastura

Compactado

9,07a

7,85a

4,49b

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

Ksa

t (c

m/h

)

Labrado

Pastura

Compactado

De forma que las variaciones de la Densidad Aparente no sería el factor determinante de las disminuciones de la Conductividad Hidráulica Saturada, sino que formaría parte de una serie de factores que en conjunto producen cambios en las propiedades hidráulicas del suelo en los diferentes manejos del suelo. En la figura 3 se puede observar como el comportamiento de la Ksat no presenta buen ajuste con los valores de Densidad Aparente esto refuerza la idea de que no es posible predecir el comportamiento de la Conductividad Hidráulica Saturada partiendo del conocimiento del volumen de poros, sino que se está en presencia de un problema complejo que incluye, distribución del tamaño de poros, estabilidad del sistema poroso y, fundamentalmente, continuidad del sistema poroso

Sitios de ensayo I II III

Densidad aparente (Mg.m-3) 0,77a 1,15b 1,43c

Porosidad total (%)* 70,20a 55,80b 45,04c

Conductividad Hidráulica (cm.h-1) 9,07a 7,85a 4,49c

Índice de Poros (%)* 237,06a 126,99b 82,16c

Figura 2. Medias de Ksat en los diferentes sitios Figura 1: Densidad Aparente en los diferentes sitios

38

y = -6.5917x + 14.487R2 = 0.6478

0

2

4

6

8

10

12

0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7

Densidad Aparente (Mg.m-3)

KS

at (

cm.h

-1)

Figura 3: Variación de Ksat con la Densidad Aparente.

CONCLUSIONES − Se evidencia que los diferentes usos del suelo pueden modificar las propiedades hidráulicas

del suelo, siendo el infiltrómetro de disco un instrumento adecuado para cuantificar estos cambios, no pudiendo realizar inferencias de la modificación de estas propiedades a partir de valores de compactación, entendiendo esta como la pérdida de volumen de poros en el suelo.

REFERENCIAS

Ankeny M. D.; T. C. Kaspar; Horton R. 1988. Design for an automated tension infiltrometer. Soil

Sci. Soc. Am. J. 52, 893-896. Blake G. R.; K. H. Hartge 1986. Bulk density. Methods of Soil Analysis, Part 1. Physical and

Mineralogical Methods. Second Edition pp 363-375. Clothier B. E.; I. White. 1981. Measurement of sorptivity and soil diffusivity in the field. Soil Sci.

Soc. Am. J., 117, 311-314. Gee G. W.; W. Bauder. 1986. Particle Size Analysis. Methods of Soil Analysis, Part 1. Physical

and Mineralogical Methods. Second Edition pp 383-409. Elrick D. E.; W. D. Reynolds. 1992. Infiltration from Constant-Head Well Permeameters and

Infiltrometers. Advances in Measurements Properties: Bringing Theory into Practice. SSSA Special Publication no. 30 pp 1-24.

Perroux K. M.; I. White 1988. Designs for disc permeameters. Soil Sci. Am. J., 52. 1205-1215. Smetten K. R. J.; Clothier B. E. 1989. Measuring unsaturated sorptivity and hydraulic

conductivity using multiple disc permeameters. J. Soil Sci. 40:563-568. Wilson G. V.; Luxmoore R. J. 1988. Infiltration, macroporosity and mesoporosity distributions on

two forested watersheds. Soil Sci. Soc. Am. J., 52, 329-335.


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Efecto del contenido de agua sobre los cambios físicos y mecánicos en tres suelos bajo tránsito.

José E. Cuevas B. Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos, Universidad Austral de Chile, casilla 567 Valdivia, Chile. [email protected] INTRODUCCIÓN Los vehículos ejercen tensiones compactantes sobre el suelo a través de sus ruedas. Las magnitudes y distribución de estas tensiones dependen de factores de suelo y del rodado (Horn et al, 1998. En la superficie, la incidencia de la compactación es determinada por la presión de contacto del neumático, pero a mayores profundidades, la presión total ejercida es un factor de mayor importancia (Hakansson y Voorhees, 1997; Voorhees y Lindstrom 1986; Voorhees y Lindstrom, 1984), ya que cuando la superficie suelta del suelo es cargada por el tránsito de maquinaria, se provoca un desplazamiento de partículas, aumentando el número de puntos de contacto entre ellas, la densidad aparente usualmente se incrementa en forma linear con el logaritmo de la presión de contacto. Este es mayor con el contenido de agua del suelo y con el número de pasadas. Esto último es importante, especialmente porque el área de laboreo es utilizada varias veces en el año (Larson et al 1980. Como consecuencia, se incrementa la resistencia a la penetración, la porosidad total disminuye, se incrementan los poros finos en detrimento de los gruesos, y disminuyen la conductividad hidráulica, la permeabilidad al aire, la actividad biótica, el potencial redox y la difusión de iones (Ellies et al, 1994; Schack-Kirchner, 1995). El suelo se deforma en los puntos débiles de la matriz y se promueve un incremento de las tensiones internas que terminan en la formación de zonas de falla. Por consiguiente, la resistencia en la zona de falla es igual a la energía requerida para crear una nueva unidad de superficie de área o una grieta. Por esto, la estabilidad de un suelo esta relacionada a la distribución en el suelo de las zonas de falla. En principio, la estructura del suelo será estable si las tensiones aplicadas son menores que la resistencia en la zona de falla (Horn, 2002). Los Andisoles de la zona Sur de Chile poseen una alta capacidad de arraigamiento, bajos valores de densidad aparente, alta estabilidad de agregados y alta porosidad. Al ser estos sometidos a altas cargas, su sistema poroso colapsa, incrementándose la firmeza del suelo, lo que se refleja en bajos rendimientos agrícolas y problemas en el establecimiento de plantaciones forestales de segunda rotación. (Ellies et al, 1996). MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizaron tres suelos: un Andeptic Palehumult, Serie Cudico; un Udivitrand y un Typic Hapludand, en los cuales se midieron las tensiones generadas por la maquinaria. Para medir la transmisión de tensiones en el suelo se utilizaron celdas transductoras. Cada celda fue conectada a un compilador Datalogger MECOMP 80 Mec 32. Para ejercer las presiones sobre el suelo se utilizaron tractores agrícolas de uso común en agricultura. El peso y la presión de contacto ejercida por una rueda trasera se presentan en el Cuadro 1. En cada uno de los sitios seleccionados se hizo una calicata de aproximadamente 2 m3. Las celdas se introdujeron horizontalmente a 0,7 m dentro del perfil, en una de las paredes de la calicata, por capas de 15 cm, hasta 60 cm de profundidad. El tractor se hizo pasar hasta 16 veces por encima de la línea de los sensores con el objetivo de ver como varía la transmisión de tensiones al aumentar la frecuencia del tráfico del tractor. Se midió, la 1ra, 2da, 4ta, 8va y 16va pasada, a la mínima velocidad desarrollada por esta maquinaria. En cada experiencia se determinó el área de carga en la interfase suelo - rueda. En una superficie limpia de terreno se midió el ancho y largo de la huella dejada por la rueda, se midió la profundidad efectiva de cada celda y la distancia horizontal entre ellas. En el perfil transitado y no transitado, se extrajeron muestras cilíndricas de suelo no alteradas para determinar sus propiedades físicas y mecánicas. La profundidad de extracción corresponde a la localización de los sensores.

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Contenido de humedad. Los suelos presentaron el contenido de humedad, en las épocas evaluadas, que se muestra en la figura 1, el cual determina la resistencia mecánica del suelo al paso de maquinaria u otro tipo de carga, y permite realizar un diagnóstico cualitativo del suelo a partir de su capacidad de retención de humedad. El contenido de humedad volumétrico no siempre es un buen indicador de la condición hídrica del suelo, ya que las tensiones a que está retenida el agua del suelo dependerá de las características físicas y mecánicas de los mismos.

Figura 1. Contenido de humedad volumétrica y en tensión de columna de agua (pF). Presiones medias de contacto σ0 . En el cuadro 1, se pueden observar las diferencias entre las presiones medias de contacto en los distintos suelos estudiados. Al aplicar una carga sobre un suelo, el valor de σ0 varía según el contenido de humedad, si el suelo presenta una mayor resistencia, su deformación es menor, el neumático es soportado por una menor superficie de contacto y por lo tanto la presión media de contacto es mayor por unidad de superficie. Esta diferencia en la presión de contacto tiene directa relación con la profundización de las tensiones en el suelo y está determinada en gran medida por la tensión mátrica a la que están sometidos los suelos. Cuadro 1. Análisis textural de suelos analizados y presión media de contacto.

Propiedad Unidad Época Udivitrand (Sta. Elvira

Hapludand (Río Bueno)

Palehumult (La Unión)

Presión media de contacto (σ0) rueda trasera tractor

agrícola. kPa

Invierno

45.78 46.65 53.81

Verano 48.79 52.39 65.51

Arena % 45 15 6

Limo % 38 48 26

Arcilla % 17 37 68

Materia Orgánica % 16.3 12.2 5.5

Densidad aparente Mg.m-3 0.59 0.62 1.16

El Udivitrand, que esta formado por cenizas volcánicas recientes (Cuadro 1), las presiones de contacto no presentan una diferencia importante al variar la tensión del suelo, este suelo por presentar un mayor porcentaje de partículas gruesas, se comporta como un suelo arenoso, es decir las variaciones de tensión matricial no son estables y dependen directamente de las condiciones climáticas del lugar, una pequeña lluvia disminuirá la tensión de humedad, pero esta tensión para estos suelos no es relevante, ya que por poseer poros de gran tamaño, existe una pequeña cantidad de meniscos de agua, por lo que la estabilidad mecánica esta mas bien dada por la cantidad de puntos de contacto entre las partículas y la forma de estas. El Hapludand,

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30

Invierno Verano Invierno Verano Invierno Verano

Palehumult Hapludand Udivitrand

Hum

edad

(Bv)

0

1

2

3

4

5

Hum

edad

(pF)

Humedad (Bv) Humedad (pF)


41

derivado también de cenizas volcánicas pero con mayor contenido de arcilla, tiene partículas de formas aristadas, las que se encajan unas con otras, presentando un alto numero de puntos de contacto, lo que le confiere una alta resistencia mecánica, especialmente con bajos contenidos de humedad, que es cuando el suelo se encuentra con agua retenida a menores valores de tensión mátrica, esto unido al hecho de presentar una alta porosidad total, provoca que esta agua actúe como lubricante entre las partículas de suelo, provocando deslizamientos sobre ellas y una mayor deformación del suelo, con lo que la rueda del neumático se sustenta sobre un área mayor haciendo disminuir el valor de la presión media de contacto. El Palehumult es un suelo que presenta una baja estabilidad al agua, en estado saturado de modo que en invierno la deformación es mayor que bajo condiciones de menor humedad. Bajo las condiciones estivales las arcillas se mantienen unidas entre sí por la fuerza del menisco de agua que queda entre ellas, lo que explica que el suelo oponga una mayor resistencia a la carga aplicada en superficie, de lo que se obtiene mayores valores para σ0. En la figura 2 se observa la mayor porosidad total y de agua útil para el Hapludand y una leve disminución de la porosidad total y de los poros de agua útil, este efecto es mas notorio para la época de invierno, además esta es una característica de suelo altamente variable por efectos antrópicos, por el laboreo de suelos bajo ciertas condiciones de suelo y el estado de saturación de estos por lo que se considera solo en términos cualitativos. En el Udivitrand, que presenta una gran porosidad gruesa, lo que explica su comportamiento hídrico, este suelo al ser traficado disminuye en forma leve su porosidad total e incluso se genera un aumento de la fracción de poros de agua útil (figura 1), esto esta dado por un asentamiento de este suelo al ser traficado. El Palehumult presenta los menores valores de porosidad total y una disminución en los valores de porosidad total, en magnitudes mayores para el caso del estado más húmedo que en el estado mas seco, aunque hay un aumento de la porosidad de agua útil en la primera capa en verano bajo tránsito, la que se origina por la fuerte contracción en estos suelos al secarse, con la consiguiente formación de micro grietas y por tanto un efecto aparente de aumento de la porosidad. En el Hapludand el volumen poroso disminuye significativamente hasta los 15 cm. de la misma forma que en los suelos analizados anteriormente, el asentamiento del suelo va acompañado de una redistribución de los poros, disminuyendo significativamente los poros gruesos hasta los 30 cm. Los poros finos aumentan hasta los 40 cm.

Figura 2. Variación de la porosidad por efecto del tráfico.

Análisis cualitativo de la porosidad. Este análisis cualitativo puede ser hecho a partir de la conductividad hidráulica de los suelos (Figura 3), que depende directamente de la porosidad o más exactamente de la geometría y de la continuidad del sistema poroso, que a su vez depende de su estabilidad, duración en el tiempo de la carga externa y de la estabilidad mecánica del suelo. En el Udivitrand en estado saturado esta pérdida de tipo cualitativa en la porosidad se debe al efecto del patinaje y por ende batido del suelo bajo las ruedas en sus primeros centímetros, y en estado seco por la pulverización de las partículas superficiales de suelo lo que provocaría un “sellado” en su superficie, así además se explica por que aunque hay una disminución mayor tanto en porosidad total como en la fracción de porosidad útil en la época de verano (Figura 2), y por otra parte la conductividad hidráulica es mayor en verano que en invierno bajo tránsito. En el Udivitrand la disminución en la conductividad hidráulica es generada por una disminución en el

0

25

50

75

100

Invierno Verano Invierno Verano Invierno Verano


PT st %

PT ct %

PAU st %

PAU ct %

PT: Porosidad total. PAU: Poros de agua útil. st: Sin Tránsito. ct: Con Tránsito.

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porcentaje de poros de drenaje rápido, este valor es menor en el estado mas seco a pesar de la formación de las grietas antes mencionada, porque no existe una adecuada continuidad en el sistema poroso, y ya que el suelo presenta una mayor capacidad de soporte, la reducción en los valores de conductividad hidráulica es proporcionalmente menor que la reducción en los valores en el estado mas húmedo, lo que acusa un efecto negativo del tránsito cuando este se realiza con un mayor contenido de humedad, incluso cuando este no llega a saturar el suelo. La conductividad hidráulica disminuye en un 13%, 81%, y 13% hacia las capas más profundas, este suelo merece una especial atención, ya que por tratarse de suelos arcillosos, altamente inestables al agua, su sistema poroso colapsa con el incremento del agua en su interior, y esto provoca esta disminución en los valores de conductividad hidráulica. Llama la atención la disminución en la segunda capa, lo que revela la formación de un piso de arado, y su efecto negativo sobre el suelo. En el Hapludand se observó una reducción de un 73% en el valor de K, en la primera capa, lo que afecta a la conservación del suelo, puesto que si el agua no puede infiltrar se acumulará en la superficie produciendo escurrimiento con la consiguiente erosión. En las capas inferiores la disminución alcanzó un 45.7 y 12,5% respectivamente, lo que indica que los efectos de las presiones se atenúan en las capas más profundas, ya que el suelo presenta mayor resistencia mecánica; sin embargo, esta reducción modifica las relaciones hídricas en el suelo, y puede tener efecto sobre los potenciales hidráulicos e incluso, generar flujos preferenciales. Hay un efecto sobre la cantidad de agua que el suelo esta capacitado para entregar a las plantas a través de la porosidad de agua útil, una vez mas el efecto debería ser mas negativo en el Palehumult, por su bajo porcentaje de poros de agua útil.

Figura 3. Conductividad Hidráulica en fase saturada, y su variación por efecto del tránsito. Isolíneas de tensión y propiedades mecánicas de suelo. Un efecto muy importante es determinar hasta donde las presiones generadas en la superficie son transmitidas en las capas más profundas a través del sistema trifásico del suelo, y hasta donde alcanzan los efectos sobre la calidad estructural del suelo. Para esto se analizaron las líneas de tensión y cómo se mueven en el perfil analizado. Para todos los gráficos analizados en la figura 4, la cual muestra la formación de líneas equipotenciales de presión, el eje y corresponde a la profundidad, z (cm) en función del radio mayor de la elipse de contacto, a (cm); el eje x (cm) corresponde a la posición horizontal desde el centro de carga en función de a (cm); y σ0 es la presión media de contacto. En suelos saturados la transmisión de las presiones producida con una carga es isotrópica debido a presiones neutrales, es decir agua libre del suelo que soporta parte de la carga. En estos casos la distribución espacial de las tensiones. Pero una vez desplazado el agua debido a una gradiente hídrica, la distribución de las tensiones es anisotrópica porque la propagación de las tensiones se efectúa por los puntos de contacto entre los sólidos y como se mencionó anteriormente la estabilidad mecánica en los Andisoles se asocia al grado de encaje de las unidades estructurales. Las partículas primarias y secundarias de estos suelos son rugosas y aristadas como el vidrio volcánico. Asimismo la distribución espacial de las partículas por forma y tamaño es heterogénea, de modo que este altera el número de puntos de contacto entre sólidos. Por estos puntos se produce la propagación de las tensiones en el suelo.

61,4 30,818,2 78,9

73,5 54,354,1

28,1

23,0

1,4

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 – 15 15 –30

0 – 15 15 –30

0 – 15 15 –30

0 – 15 15 –30

0 – 15 15 –30

Invierno Verano Invierno Verano Invierno


K (

m/d

ía)

0102030405060708090100

Red

ucc

ión

( %

)

K st (m/día)

K ct (m/día)

Reducción ( % )


43

Durante el invierno, cuando el Hapludand está parcialmente saturado, las isobaras de tensión profundizan más que en las otras estaciones. Las líneas tienden a concentrarse alrededor de un eje vertical, mientras que en el verano, las tensiones se disipan sobre un eje horizontal y la penetración es menor. En la superficie se generan altas presiones pero el suelo tiene mayor estabilidad mecánica que en el invierno (Cuadro 2), y no se transmiten en las capas más profundas En la primera capa, que presenta un alto contenido de humedad, aumenta la interfase suelo-rueda, la presión es soportada por un mayor volumen de suelo, las presiones serán altas y las líneas tiendan a concentrarse en el eje vertical y profundizar más.

Cuadro 2. Características físico mecánicas de los suelos estudiados.

Suelo Época Profundidad (cm)

Capacidad soporte (kPa)

Ángulo de fricción

Cohesión (kPa)

Palehumult Invierno 0 – 15 71.25 46.04 16.90 15 – 30 115.40 26.37 39.67

Verano 0 – 15 140.0 71.23 62.64 15 – 30 124.0 68.80 57.61

Hapludand Invierno 0 – 15 76.9 35.8 29.9

15 – 30 86.5 37 26.6 Verano 0 – 15 96.1 45.4 37.2

15 – 30 140.9 42.1 26.5

Udivitrand Invierno 0 – 15 86.3 48.7 7.1

15 – 30 92.0 50.2 9.1 Verano 0 – 15 84.0 46.2 9.5

15 – 30 118.3 50.4 14.8

En la segunda capa, se observa un cambio en la dirección de las isobaras, hacia el eje horizontal. La profundización de la isobara de 0.8 σ0 (37.31 kPa) llega hasta 1.25 z/a (40.26 cm). Una clara orientación alrededor de un eje horizontal se observa en la tercera capa, debido a que la presión aplicada es menor a la capacidad de soporte en esta profundidad (92.3 kPa). En las capas 1 y 2, las capacidades de soporte son superadas por la carga efectiva, debido a las presiones generadas en la superficie. A estas propiedades se suma además, la estabilidad dada por el sistema radical extenso, puesto que una alta intensidad de arraigamiento permite el amarre de las unidades estructurales del suelo. Para la experiencia en el Palehumult (Figura 4), cuando el suelo está parcialmente saturado hasta los 40 cm, la isolíneas de tensión tienden a concentrarse alrededor de un eje vertical, pero llama la atención la orientación horizontal de las tensiones en la segunda capa (E2). La forma de la curva coincide con la obtenida por Castro (1996), para un suelo Palehumult de la Serie Collipulli, compactado en invierno. Un antecedente para comparar con el resto de las estaciones es que la isobara de 0,8 σ0 (43,04 kPa) llega a una profundidad de 1,25 z/a (36,25 cm). Las diferencias en la distribución de las isolíneas de tensión en el perfil se deben a los cambios en la capacidad de soporte del suelo y la cohesión interna (Cuadro 2). La primera capa (E1), tiene una capacidad de soporte inferior a la presión ejercida por el tractor, lo que provocó un asentamiento o ahuellamiento. La segunda capa presenta una mayor resistencia mecánica, se podría inferir la existencia o el comienzo de un piso de arado, ya que tiene un coeficiente de preconsolidación de 115,4 kPa y una cohesión interna de 39,67 kPa. A raíz de esto se explica una orientación horizontal de las tensiones. Por otra parte, como en la primera y segunda capa el contenido de agua satura en parte a los poros de drenaje, lo que pudo haber influido en la distribución de las tensiones, ya que como la conductividad hidráulica de este suelo es baja y el agua no es compresible, sustenta parte de la carga, lo que produce una distribución hidrostática de las tensiones. En la condición de verano, cuando el suelo está seco se observa que las tensiones se agrupan alrededor de un eje horizontal, y penetran hasta 0,7 x/a. En la superficie se presentan altas presiones, que superan a los 130 kPa, pero como el suelo tiene una gran estabilidad mecánica, estas no se transmiten en las capas más profundas.

44

Figura 4. Distribución de tensiones en el perfil de dos de los suelos analizados. En esta condición, la isobara de 0,8 σ0 (52,41 kPa) llega sólo a una profundidad de 0,62 x/a (16,74 cm), no se produce un ahuellamiento del suelo, como ocurre en condiciones de mayor humedad, ya que la capacidad de soporte y cohesión interna del suelo es lo suficientemente alta (140 kPa y 62,64 kPa, respectivamente), como para soportar las presiones ejercidas por el peso del tractor. En el Udivitrand (figura 1) la isobara de 0.80 σ0 (37 kPa) penetra hasta 1.15 z/a (36 cm) en el suelo y a 0.66 z/a (21 cm) disipa la isobara de 2.4 σ0 (110 kPa). En el centro de la huella, a una profundidad de 0.67 z/a (21cm) la tensión supera los 129 kPa. El ancho de huella a 0.67 z/a (21 cm) de profundidad donde la tensión es igual o superior a 0.4 σ0 (18 kPa) alcanza los 25 cm. En la capa superficial las isobaras de tensión se orientan sobre un eje vertical, debido a la menor capacidad de soporte del suelo, respecto a la carga aplicada, lo que significa un asentamiento del suelo hasta los 19 cm; en cambio en la segunda capa (19 - 27cm) las isobaras se distribuyen sobre un eje más horizontal. El cambio en la orientación de las isolíneas de tensión coincide con el incremento en la capacidad de soporte del suelo. En la tercera capa (27 - 47 cm) se observa una variación hacia la verticalidad de las isolíneas de tensión, coincidentemente con una disminución en la capacidad de soporte. Las isobaras de tensión no penetran hasta la capa cuatro (47 - 59 cm). A esta profundidad se encuentra una capa de gravilla y la capacidad de soporte es cercana a los 142 kPa, suficiente para soportar la carga que esta disipada y por tanto disminuida en las capas más profundas.

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Posición horizontal respecto al centro de carga (x/a)

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

Pro

fun

dida

d (z

/a)

Palehumult Verano.

C.S. = 140

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5


-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

Prof

und

idad

(z/a

)

E1

E2

E3

E4

Hapludand Invierno

C.S.= 73.1

C.S.= 80.7

C.S.= 92.3

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5


-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

Pro

fun

did

ad (

z/a)

E1

E2

E3

Hapludand Verano

C.S.= 96.1

C.S.= 85.1

C.S.= 140.9

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0


-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

Pro

fund

idad

(z/

a)

E1

E2

E3

E4

C.S. = 71,25

C.S. = 115,40

C.S. = 97,50

C.S. = 106,08

Palehumult Invierno.

Isobaras representadas en unidades de presión de contacto z: Profundidad x: Distancia eje rueda (cm) a: Semieje mayor elipse de contacto C.S.: Capacidad de soporte (kPa)


45

CONCLUSIONES − El volumen total y la distribución por tamaño de poros se modificaron con el tráfico,

observándose una disminución de la macroporosidad e incremento de la porosidad fina. En invierno se ve un aumento de los poros finos, en detrimento de los poros medios y gruesos. La pérdida de porosidad gruesa se asocia con una menor aireación e infiltración del agua.

− La cohesión estructural aumenta en los sitios sometidos a tránsito en la primera capa en invierno por el encaje entre las partículas estructurales.

− La conductividad hidráulica en fase saturada de un suelo que describe la funcionalidad de su sistema poroso presentó una disminución de su monto en los sitios transitados.

− Los cambios anteriores son más críticos en el caso del Palehumult transitado en invierno. − La pérdida de porosidad gruesa hace que baje el valor de conductividad hidráulica, y esto se

interpreta como una perdida en la calidad de los suelos. − La distribución de las líneas de tensión, están directamente relacionadas con las condiciones

de humedad del momento en que se realizan, en función de las propiedades mecánicas y características físicas de los suelos analizados, y de la carga aplicada, por lo tanto los efectos negativos sobre la porosidad tienen un fuerte efecto antrópico.

REFERENCIAS Arocena J. 1998. Effects of soil compaction and organic matter content on soil moisture retention

characteristics. 16th World Congress of Soil Science, Montpellier, France. Ellies A.; Ramírez C.; Mac Donald R. 1994. Modificaciones estructurales por efecto del tiempo

de uso en un Hapludand. Agro Sur (Chile) 22(1): 23-32. Ellies A.; Horn R.; Smith R. 1996. Transmisiones de presiones en el perfil de algunos suelos.

Agro Sur (Chile) 24 (2):149-158. Häkanson I.; Voorhees W. 1997. Soil compaction. Advances in Soil Science. Methods for

assessment of soil degradation. CRC press Boca Ratón. 558 p. Horn R. 1988. Compressibility of arable land. Catena Supplement 11. Germany. pp 53-71 Horn R. 1993. Mechanical properties of structured unsaturated soils. Soil Technology 6:47-75. Horn R.; Richards B.; Grasle W.; Baumgarlt T.; Wiermann C. 1998. Theoretical principles for

modeling soil strength and wheeling effects. Z. Pflanzenernährung und Bodenkunde. 161(4): 333-346.

Horn R. 2002. Stress strain effects in structured unsaturated soils on coupled mechanical and hydraulic processes. 17th World Congress of Soil Science, 14-21 August 2002, Bangkok, Thailand.

Larson W.; Gupta S.; Useche R. 1980. Compression of agricultural from eight soil orders. Soil Sci. Soc. Am. J. 44: 450 – 457 p.

Schack – Kirchner H. 1995. Air composition, gas transport and biotic activity in deformed forest soils. Dep. of Soil Science and Forest Nutrition. Freiburg, Germany. UIFRO XX World Congress. 9 p.

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Voorhees W.; Lindstrom M. 1986. Extent and persistence of subsoil compaction caused by heavy axle loads. Soil Sci.Soc. Am. J. 50: 428 - 433 p.


47

Caracterización de la sequía meteorológica en Venezuela

Naghely Mendoza y Marelia Puche Universidad Central de Venezuela. Facultad de Agronomía, Instituto y Departamento de Ingeniería Agrícola. Av. El Limón, Maracay, Venezuela. [email protected], [email protected] INTRODUCCIÓN Venezuela posee grandes recursos hídricos, no obstante, se han construido 96 embalses para satisfacer las demandas de agua porque el 80% de la población se ubica donde se dispone apenas del 20 % de lesos recursos hídricos. Pese a este esfuerzo, en algunos años se han tenido serios problemas con la disponibilidad de agua. Este desequilibrio entre la oferta y la demanda se denomina sequía. Cuando el déficit de agua es producto de una disminución en las lluvias comparada con el registro histórico se denomina sequía meteorológica. El término sequía también admite otras acepciones. En función del espacio geográfico o de la actividad económica afectada se habla así de sequía agrícola, hidrológica o socioeconómica (algunas veces reportada como sequía social o urbana), en relación con las dificultades suscitadas en cada uno de estos sectores por una menor disponibilidad de agua (Wilhite y Glantz 1985). Generalmente un evento de sequía meteorológica, provoca una disminución en la oferta de agua superficial y subsuperficial: caudal, niveles de lagos y embalses, agua subterránea y es esto lo que muchos denominan sequía hidrológica (Dracup et al. 1980; Kleme 1987). La frecuencia y severidad de la sequía hidrológica son usualmente definidas a escala de cuenca o cuerpo de agua. Aunque por lo general las sequías se originan por una deficiencia de precipitación, a los hidrólogos lo que les concierne es ¿cómo esta deficiencia afecta al sistema hidrológico?. Por otra parte en el ámbito agrícola interesa cómo la disminución en la disponibilidad de agua, puede afectar los cultivos, se considera sequía agrícola cuando la cantidad y distribución de las lluvias, los recursos hídricos superficiales y subsuperficiales, las reservas de agua del suelo y las pérdidas por evaporación se combinan de tal forma que el rendimiento de los cultivos y cría de animales disminuye notablemente. Caracterizar la sequía debe comenzar por realizar estudios de la sequía meteorológica. En el presente trabajo exploratorio se caracteriza la sequía meteorológica en Venezuela utilizando valores mensuales de precipitación para calcular el Índice de Precipitación Estandarizada (SPI) y Deciles (ID), para ambos índices, se determinaron los umbrales de precipitación correspondientes a una situación de sequía y la severidad de la misma sobre la base de su cobertura espacial. Como un indicador del impacto de los índices sobre la disponibilidad de agua, se relacionó el nivel del embalse Camatagua con el valor de los índices de sequía de tres de las estaciones meteorológicas de más largo registro ubicadas en la cuenca del Río Guárico. Índices de sequía Índice de Precipitación Estandarizada SPI El SPI es un índice de cuánto se desvía la precipitación actual con respecto al promedio de largo registro, para la escala de tiempo decidida. Para ello, los registros son ajustados a una distribución de probabilidad gamma y luego se obtiene el valor que tendría la misma probabilidad en una distribución normal de media cero y varianza uno, estos valores corresponden al SPI (Edwards y Mckee 1997). La distribución gamma es definida por su función de densidad de probabilidad

βαα αβ

x

exxg−

−

Γ= 1

)(

1)(

para χ >0 (1)

Donde: β: es el parámetro de escala; α: es el parámetro de forma; Γ(α): es la función gamma de α, y x: es el valor de precipitación. Los parámetros α y β: de la función de densidad de probabilidad son calculados para cada estación, escala de interés y mes del año. Según Thom (1966) las soluciones de máxima verosimilitud pueden ser utilizadas para estimar los parámetros α y β:

+=α

3

4A1

4A

1ˆ (2)

48

α=β

ˆxˆ (3)

n

)xln()xln(A ∑−= (4)

Donde: α̂ y β̂ son los estimados de los parámetros de forma y escala respectivamente; x: es el

valor de precipitación y x : es la media de la precipitación. Los parámetros resultantes son usados luego para calcular la probabilidad de una lámina de precipitación menor que un valor x para un período dado:

∫∫ β−−αα αΓβ

==x

ˆxˆx

ˆdxex

)ˆ(ˆdx)x(g)x(G0

1

0

1 (5)

Frecuentemente en los datos de precipitación el valor es cero y ya que la función gamma no está definida para x = 0, la probabilidad acumulada H(x) viene dada por:

)()1()( xGqqxH −+= (6) Donde: q: es la probabilidad de que x sea igual a cero. Para una lámina x dada (1) la probabilidad acumulada obtenida de la distribución gamma (2) es transformada a los valores equivalentes de una variable aleatoria normal estandarizada Z de media cero y varianza uno (3), esta variable es el SPI (ver ejemplo en figura 1).

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2 ,0 3,0 4,0

SPI

Ajuste Enero

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 50 100 150 200

Prec

Pro

b. A

cum

Estimada Real

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2 ,0 3,0 4,0

SPI

Ajuste Enero

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 50 100 150 200

Prec

Pro

b. A

cum

Estimada Real

Ajuste Enero

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 50 100 150 200

Prec

Pro

b. A

cum

Estimada Real

Figura 1. Ejemplo de transformación de una distribución gamma ajustada a una distribución normal

estandarizada

Cada uno de los valores del SPI se puede asignar a las categorías correspondiente definidas en el cuadro 1.

Deciles Este índice, desarrollado por Gibbs y Maher (1967), se basa en las medidas estadísticas denominadas cuantiles. En general el valor de una serie climatológica que es menor que un porcentaje f de los valores de la serie y mayor que un porcentaje (100-f) de dichos valores constituye el cuantil f de la serie. El primer decil es la lámina de precipitación por debajo de la cual se encuentran el 10% de los casos. El segundo decil es el valor de precipitación por debajo del cual se encuentra el 20% y así sucesivamente hasta el décimo decil, por debajo del cual se encuentra el 90% de los datos. Los deciles se encuentran agrupados en cinco clases que permite determinar períodos secos y húmedos (Cuadro 1).

Cuadro 1. Clasificación de períodos de acuerdo al valor del SPI y los Deciles

SPI CLASE DECILES PORCENTAJE CLASIFICACIÓN

2+ Extremadamente húmedo

1.5 a 1.99 Muy húmedo 1-2 el 20% más bajo Muy por debajo de lo normal

1.0 a 1.49 Moderadamente húmedo 3-4 20% cerca del más bajo Por debajo de lo normal

-0.99 a 0.99 Cerca de lo normal 5-6 20% del medio Cerca de lo normal

-1 a -1.49 Moderadamente seco 7-8 20% cerca del más alto Por encima de lo normal

-1.5 a –1.99 Severamente seco

-2 o menor Extremadamente seco

9-10 20% más alto Muy por encima de lo normal

2 1


49

MATERIALES Y MÉTODOS Para la caracterización de la sequía en Venezuela se utilizaron el Índices de Precipitación Estandarizada (SPI) y Deciles (ID). La determinación de ambos índices sólo requiere de largos registros de precipitación. Los datos de precipitación se obtuvieron del Banco Nacional de Datos de la Dirección de Hidrología y Meteorología del Ministerio del Ambiente y los Recursos Naturales Renovables de Venezuela. Las estaciones seleccionadas corresponden a las utilizadas por Martelo (2002) en ese trabajo se analizó la calidad de los datos de precipitación de 202 estaciones de largo registro en todo el país, seleccionando finalmente, sobre la base de la cantidad de datos faltantes y englobados, 64 estaciones al Norte del Orinoco con un período común de registro de 49 años (1950-1999) y 18 estaciones al sur con período de registro de 30 años (1969-1998). Se considera que este conjunto de 82 estaciones son adecuadas para caracterizar la sequía en Venezuela, por su longitud de registros y porque permiten estudiar la variabilidad espacial de la sequía dada su distribución en el territorio nacional. El SPI fue calculado siguiendo el procedimiento desarrollado por Edwards y McKee (1997) con un período de agrupación mensual. Los registros mensuales de precipitación fueron introducidos en Microsoft EXCEL 2002, a partir de ellos se estimaron para cada mes los valores de α y β y utilizando la función gamma se determinaron las probabilidades correspondientes a cada lámina. A los valores se les aplicó una función normal inversa estandarizada para obtener el SPI. El procedimiento se realizó para cada una de las 82 estaciones bajo estudio. En cada estación y para todos los meses de los años de estudio se calcularon los umbrales de lluvia asociados a cada categoría de sequía descrita por SPI En el caso del ID se determinaron para cada mes los umbrales de precipitación correspondientes a cada decil. Posteriormente, a cada registro de precipitación se le asignó el decil correspondiente. Este procedimiento se realizó para todas las estaciones. La cobertura espacial de la sequía fue analizada con ambos índices, contabilizando, para cada mes de cada año bajo estudio, el porcentaje de estaciones que presentaban situaciones de sequía (SPI = –1 y = –2, Decil 3-4 y Decil 1-2). Se realizaron gráficos de superficie de la cobertura espacial para cada mes de cada año En aquellos meses con mayor porcentaje de estaciones en una situación de sequía, se generaron mapas del SPI utilizando para ello el paquete geoestadístico Surfer (Versión 6.04) Como un indicador de la disponibilidad de agua se utilizó el nivel del embalse Camatagua ubicado en la Cuenca del Río Guárico, analizándose la correspondencia entre el nivel medio del embalse y el SPI de tres estaciones meteorológicas dentro de la cuenca del Río Guárico, a través del coeficiente de correlación de Pearson. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los umbrales de precipitación a partir de los cuales se considera un período de sequía concuerdan con el patrón de precipitación del país, tanto para ID como para SPI, (Figuras 2 y 3). Al igual que los montos promedio de precipitación, los umbrales de los índices de sequía van aumentando de norte a sur Se observa que existen épocas del año y áreas del país en las que es imposible monitorear la sequía con estos índices ya que los umbrales son cero. Por ejemplo, en una zona árida como la Península de Paraguaná no se pueden utilizar los índices en ninguna época del año mientras que en Villa del Rosario, Estado Zulia, no es posible monitorear la sequía en los meses de Diciembre a Marzo. La figura 4 muestra el porcentaje de estaciones que presentan SPI = –1 a lo largo del período de registro. En ella se observa la ocurrencia de 4 eventos en los cuales se presentó sequía en más del 50% de las estaciones bajo estudio, dichos años corresponden a 1962, 1974, 1983 y 1992. En otros años ocurren eventos de sequía pero de menor extensión geográfica abarcando del 15 al 30 % de las estaciones.

50

Figura 2. Umbrales de precipitación correspondientes a” por debajo de lo normal” según deciles

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Marzo

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

- 7 4 . 0 0 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Junio

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI May

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Abril

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Febrero

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Enero

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Marzo

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

- 7 4 . 0 0 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Junio

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI May

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Abril

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Febrero

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Enero

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

- 7 4 . 0 0 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Junio

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI May

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Abril

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Febrero

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Enero

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Diciembre

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Noviembre

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Octubre

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Septiembre

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Agosto

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI julio

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Diciembre

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Umbral SPI Noviembre

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8.00

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Octubre

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10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Septiembre

0.00

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10.00

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI Agosto

0.00

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6.00

8.00

10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral SPI julio

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Figura 3. Umbrales de precipitación correspondientes sequía según SPI

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Figura 4. Porcentaje de estaciones con SPI<-1

En la figura 5 se muestran los porcentajes de estaciones que presentan condición de sequía extrema (SPI < –2). Destaca que para sequía extrema, no se presentan casos de gran extensión espacial; sólo en el año 1974 se presenta un evento de sequía entre mayo y julio que abarca el 14% de las estaciones bajo estudio. Al igual que en el caso anterior existen eventos de sequía en otros años como por ejemplo en 1997 pero estos involucran del 6 al 8 % de las estaciones. Para ID el porcentaje de estaciones que presentan precipitación en el primer y segundo decil (Figura 6) es mayor que para SPI, existiendo en la mayoría de los años sequías que abarcan al menos un 30 % del territorio nacional.

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dic

0,00-2,00 2,00-4,00 4,00-6,00 6,00-8,00 8,00-10,00 10,00-12,00 12,00-14,00

Figura 5. Porcentaje de estaciones con SPI<-2

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral Deciles Abril

0.00

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4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

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Umbral Deciles Enero

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6.00

8.00

10.00

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Umbral Deciles Febrero

0.00

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4.00

6.00

8.00

10.00

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral Deciles Marzo

0.00

2.00

4.00

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8.00

10.00

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral Deciles Mayo

0.00

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4.00

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10.00

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral Deciles junio

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral Deciles Diciembre

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral Deciles Noviembre

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2.00

4.00

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10.00

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral Deciles Agosto

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10.00

12.00

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

Umbral Deciles Septiembre

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240 mm

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340 mm

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40 mm

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140 mm

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340 mm

390 mm

440 mm

490 mm


51

En la figura 7 se puede observar que los eventos de sequía correspondientes a “debajo de lo normal” abarcan poca área del territorio nacional lo que según el ID indica que la sequías severas tienden a ser de gran extensión espacial.

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Figura 6. Porcentaje del total de estaciones con lluvias clasificadas en el primero y segundo decil

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b

Figura 7. Porcentaje del total estaciones con lluvias clasificadas en el tercero y cuarto decil

El análisis espacial de la sequía muestra que con ambos índices, el año con eventos de sequía más extendida y más severa es el año 1974 (SPI = –2 en un 14 % de las estaciones y precipitaciones en el decil 1-2 en un 85% de las estaciones). La figura 8 muestra el valor del índice SPI entre los meses de abril y agosto de 1974 pudiéndose observar que el evento de sequía de gran extensión espacial, sólo abarcó los meses de mayo y junio de 1974, para el resto de los meses se presentó un valor de SPI en la clasificación “cerca de lo normal” en casi todo el país.

-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

SPI Mes Agosto 1974

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SPI Mes Julio 1974

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

SPI Mes Junio 1974

0.00

2.00

4.00

6.00

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

SPI Mes May 1974

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SPI Mes Abril 1974

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-74.00 -72.00 -70.00 -68.00 -66.00 -64.00 -62.00 -60.00

SPI Mes Agosto 1974

0.00

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SPI Mes Julio 1974

0.00

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SPI Mes Junio 1974

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SPI Mes May 1974

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SPI Mes Abril 1974

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3.6

Figura 8. Índice SPI año 1974.

Se obtuvieron bajos coeficientes de correlación entre el nivel del Embalse Camatagua y el SPI de las estaciones (cuadro 2). La mayor correlación (0.3403) se obtuvo con el SPI de la estación Camatagua y el nivel del embalse tres meses después. Dado lo bajo del coeficiente de correlación para datos mensuales de precipitación se plantea la necesidad de realizar un estudio similar pero con períodos de agrupación más largos (trimestrales, semestrales etc.)

52

Cuadro 2. Coeficientes de correlación entre el nivel del embalse y el SPI para diferentes tiempos de retardo

CONCLUSIONES - La caracterización de la sequía a través de estos índices permite diferenciar zonas y épocas en

las que la magnitud de los impactos asociados a los eventos de sequía podría ser mayor, por ejemplo la época lluviosa en zonas con agricultura de secano.

- Existen diferencias en cuanto a la cobertura espacial de la sequía calculada por los diferentes índices, el ID reporta más eventos de sequía en mayor área del territorio nacional, señalando que cuando hay eventos de sequía éstos son extensos mientras que el SPI refleja que los eventos de sequía extrema son de poca extensión 14% y poca duración siendo un índices más restrictivo pero ambos índices reportan la sequía del año 1974.

- El estudio de los eventos de sequía determinó que en Venezuela estos eventos han sido más puntuales que generalizados, salvo en junio de 1974, en el cual ocurrió un evento que abarcó casi todo el oriente del país.

- Uno de los problemas a abordar, luego de esta etapa de caracterización, es la evaluación de los impactos asociados a los eventos de sequía detectados y encontrar relaciones entre éstos.

REFERENCIAS Dracup J. A.; Lee K. S.; Paulson E. G., Jr. 1980. On the Definition of Droughts. Water

Resources Research (USA) 16 (2):297-302p. Edwards D. C.; T. B. McKee. 1997. Characteristics of 20th Century drought in the United States

at multiple time scales. Climatology Report Number 97-2, Colorado State University, Fort Collins, Colorado.

Gibbs W. J.; J. V. Maher. 1967. Rainfall deciles as drought indicators. Bureau of Meteorology Bulletin, No. 48, Commonwealth of Australia, Melbourne.

Kleme V. 1987. Drought prediction: A hydrological perspective, in Wilhite, D. and Easterling W., Planning for drought: Toward a Reduction of Societal Vulnerability, Boulder, Colo.: Westview Press, pp 81-94.

Martelo, M. T. 2002. Influencia de las variables macroclimàticas en el clima de Venezuela. Trabajo de Ascenso. Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Maracay, Venezuela.

McKee T. B.; N. J. Doesken; J. Kleist. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. Preprints, 8th Conference on Applied Climatology, 17-22 January, Anaheim, CA, pp. 179-184.

Wilhite D. A.; M. H. Glantz. 1985. Understanding the drought phenomenon: the role of definitions. Water International, 10(3):111-120.

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- 0,027

0,145

- 0,058

0,024

0,298

0,206

0,245

0,340

0,233

0,357

0,282

0,167

San Juan San Sebastián

SPI

9

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0

Tiempo de Retardo (Meses)


53

Estudio de la variabilidad temporal y espacial de las lluvias anuales de la Depresión de Carora, estado Lara, Venezuela

Valentina Toledo Bruzual1 y Diana Hernández-Szczurek2 1Universidad Pedagógica Experimental Libertador, Instituto Pedagógico de Caracas, Departamento de Geografía e Historia. y Biología y Química. Caracas, Venezuela. [email protected] 2 Universidad Pedagógica Experimental Libertador, Instituto Pedagógico de Caracas, Departamento de Biología y Química. Caracas, Venezuela. [email protected]

INTRODUCCIÓN La precipitación, al igual que otras variables climáticas, puede considerarse como un proceso espacio-temporal ya que exhibe aspectos aleatorios tanto en el tiempo como en el espacio y cuya estructura de variabilidad pueden explorarse mediante técnicas estadísticas apropiadas (Pradere, 1999). En las variables climáticas es común observar que los mecanismos de variación operan a diferentes escalas espaciales y temporales (Sánchez, 1999). Uno de los principales factores a considerar en este problema es la evolución de la precipitación y el posible impacto que la variabilidad climática tenga sobre la misma (Capó et al., 1999). Por tanto, la variabilidad constituye un parámetro descriptivo de las series de observación, al mismo nivel que los parámetros de tendencia central (Galán et al., 1999), donde las series de datos de precipitación son periódicas y estadísticamente independientes (Fernández y Montt, 2001). El comportamiento temporal de la variabilidad puede tener implicaciones socio-económicas para muchas zonas pobladas del mundo que se encuentran en regiones semiáridas, donde el déficit de agua y la sequía prolongada obliga a un manejo inadecuado de los recursos por parte de los pobladores de la zona. Entre las causas que podrían acentuar los efectos de la sequía se encuentran: el deterioro progresivo del suelo, representado básicamente por la reducción de la cobertura vegetal y la intensa explotación de los recursos naturales. En la Depresión de Carora, municipio Torres, estado Lara, Venezuela, las precipitaciones son erráticas y una evaporación bastante alta, lo que causa un desbalance hídrico marcado durante todo el año. El objetivo de este trabajo es analizar la distribución de la precipitación y verificar la periodicidad o ciclos estadísticamente significativos con registros cronológicos de precipitaciones anuales y mensuales, en el lapso 1965-1996 a través de series temporales.

MATERIALES Y MÉTODOS Descripción del área de estudio: El sector de estudio es conocido como "La Otra Banda"; se encuentra ubicado a 10º 02' /10º 28' N y a 70º 00' / 70º 29' 42" O. Limita por el norte: con las divisorias de aguas de la Serranía de Baragua (flanco sur); oeste y sur: márgenes izquierdas de los ríos Diquiva y Morere; este: Quebrada La Tetona, abarcando aproximadamente unos 1.825 km2. Las alturas de la región son variables; en las cumbres de la Serranía de Baragua 1.250 m.s.n.m. (Cerro Valla); 560 m.s.n.m. en el piedemonte y 400 m.s.n.m. en las márgenes del Río Morere cerca de Aregue. Las formaciones vegetales predominantes en La Otra Banda son las de bosque espinoso premontano en la parte montañosa y bosque espinoso tropical en la depresional, ambas formaciones vegetales en transición con el bosque muy seco tropical. Este tipo de vegetación ofrece poca o ninguna protección contra los impactos de las gotas de lluvia, por lo que generalmente se forman costras en el suelo lo que dificulta la infiltración, favorece el escurrimiento superficial y por ende la erosión hídrica, la cual en la parte media y baja de La Otra Banda reviste características catastróficas. Se observan paisajes de Badlands (tierras malas) y erosión completa de los horizontes superficiales, en este último caso, la compactación del suelo, la poca aireación, la cantidad de sales presentes en solución, condicionan un ambiente donde el suelo prácticamente se presenta desnudo. La precipitación media anual en Carora, es de 707 mm, si se compara con otras localidades venezolanas tales como, Calabozo o Barinas, las cuales presentan montos anuales de 1.254 mm y 1.624 mm, respectivamente, se observa que los montos anuales de precipitación en el sector de estudio son bajos, caracterizado por tener un clima que de acuerdo con la clasificación climática de Thornthwaite es un DdA´ a´, semiárido con poco o ningún exceso de agua megatérmico o cálido. Los montos bajos de precipitación (707

54

mm/año) unida a los altos valores de temperatura (28ºC) y evaporación de (2000 mm/año) determina en la zona una marcada característica de semiaridez. (Toledo, 1997). Las series de precipitaciones mensuales y anuales correspondientes a las cuatro estaciones pluviométricas ubicadas en la Depresión de Carora, aparecen en el cuadro 1. El período de observación analizado fue de 32 años, (1965-1996). Cuadro 1. Situación geográfica de las estaciones de estudio

La metodología propuesta se inserta dentro de los procedimientos estadísticos propios del análisis de series temporales, el cual comprende cuatro fases de estudio sugeridos para ésta investigación: A) Homogeneidad de las series: se realizó mediante la aplicación de test del cúmulo de doble masa y cálculos de sus estadísticos básicos; B) Evolución secular de la precipitación 1965-1996: consistió en la tipificación de los valores anuales de precipitación y, a partir de los mismos, el cálculo de medias móviles centradas en dos años, así como el de la recta de tendencia, calculada con el número mínimo de cuadrados, a fin de resaltar la alternancia de períodos en los que la precipitación ha sido relativamente alta, con otros en lo que ha sucedido todo lo contrario. C) Periodicidad: permitió verificar la existencia o no de algún componente cíclico en las series, es decir, una posible estructura temporal en la tendencia de la precipitación, a través de la Función de Autocorrelación (ACF). RESULTADOS Y DISCUSIÓN A medida que se desciende de la línea de partición de agua hacia el piedemonte dirección noreste-sureste, las precipitaciones disminuyen, dado el aumento del número de años con totales inferiores a 500 mm, y la disminución de años con totales superiores a 900 mm (Toledo,1997). Este descenso en el gradiente de precipitación va acompañado de la altitud (Cuadro 2). Cuadro 2. Orientación Noreste Sureste

Estaciones Precipitación (mm) Altitud (m)

Los Pedernales 747.0 645

Altagracia 636.2 479

Burere 712.1 430

Carora Granja 574.7 413

El año pluviométrico comienza frecuentemente en diciembre, con la primera estación seca que se extiende hasta marzo o abril; los valores medios están comprendidos entre 80 y 140 mm., representando un 11% en Pedernales a 24% en Carora Granja. Después de abril o mayo, comienza la primera estación lluviosa. Se observa, un descenso de la amplitud de la oscilación entre 10 a 12% con valores medios entre 60 a 77 mm en Carora Granja y Altagracia respectivamente. A partir de junio hasta agosto, se ubica la segunda estación seca, con una amplitud de oscilación es descenso similar a la primera, siendo los valores medios algo diferentes. La segunda estación lluviosa, desde septiembre hasta noviembre, presenta una amplitud de oscilación entre 48 a 62% del total del año pluviométrico, con valores medios entre 339 a 462 mm para Burere y Pedernales, respectivamente, lo que representa el aporte de lluvia considerable para la zona.

Estaciones Pluviométricas

Longitud (ºW) Latitud (ºN) Altitud (m)

Los Pedernales Altagracia Burere Carora-Granja

70º 11’ 53” 70º 12’ 14” 70º 14’ 39” 70º 04’ 55”

10º 25’ 44” 10º 20’ 56” 10º 06’ 22” 10º 09’ 46”

645 479 430 413


55

El régimen pluviométrico en el sector de estudio comprende dos estaciones secas y dos lluviosas. La primera estación seca va desde diciembre a marzo o a abril; la primera estación lluviosa de abril a mayo o mayo sólo; la segunda estación seca entre junio a julio o hasta agosto y la segunda estación lluviosa y la más importante se inicia en agosto hasta septiembre o hasta noviembre para todos los casos (Figura 1). La distribución espacial de las precipitaciones en la Depresión de Carora responde fundamentalmente a la altitud de las estaciones. Los meses al final de año son los de mayor precipitación, producto del reforzamiento del flujo alisio (Goldbrunner, 1984). La entrada del período lluvioso, responde a la migración gradual de la zona de convergencia intertropical (ZCIT) hacia el norte; sin embargo, la salida del período lluvioso, no obedece a este mecanismo, contradiciendo lo señalado por Goldbrunner (1984) según Velásquez (2003). Así mismo, Velásquez (2003) señala que esta zona muestra un período lluvioso poco definido, debido a la predominancia de bajas precipitaciones. El efecto friccionar, parece ser un mecanismo que inhibe la precipitación (Figura 1).

Los Pedernales

En FebMar Abr My Jn Jl Ag Sep Oct Nov Dic0

20406080

100120140160180200

Carora Granja

En FebMar Abr My Jn Jl Ag SepOctNov Dic0

20

40

60

80

100

120

Altagracia

En FebMar Abr My Jn Jl Ag Sep Oct Nov Dic0

20

40

60

80

100

120

140

160

Burere

En FebMar Abr My Jn Jl Ag SepOctNov Dic0

20

40

60

80

100

120

140

160

Figura 1. Distribución mensual de la precipitación. Período 1965-1996 La curva de las medias móviles (Figura 2), registran valores más bajos entre los años 1975-78 y 1982-85, con un descenso constante a finales de los años noventa en forma mantenida. Aún cuando la recta de tendencia carece de significación estadística, muestra una pendiente descendente en todos los casos.

56

Figura 2. Evolución de las precipitaciones anuales

Los Pedernales

y = -4.9892x + 830.19

0

500

1000

1500

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31

Años

Pre

cipi

taci

ón a

nual

(m

m)

Burere

y = -10.76x + 890.06

0

500

1000

1500

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31

Años

Pre

cipi

taci

ón a

nual

(m

m)

Altagracia

y = -5.6213x + 729.73

0200400600800

10001200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Años

Pre

cipi

taci

ón a

nual

(m

m)

Carora Granja

y = -18,443x + 879,61

0

500

1000

1500

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31

Años

Pre

cipi

taci

ón a

nual

(m

m)


57

Los autocorrelogramas (Figura 3) denotan una estructura temporal, es decir, se observa la existencia de un comportamiento periódico de valores máximos de orden (1º, 6º, 11º, 12º, 13º) y mínimos (3º, 4º, 8º, 9º, 15º, 16º) expresado en las barras de lo coeficientes calculados, las

cuales sobrepasan los límites de confianza del 95% para todos los casos, es decir, ciclos estadísticamente significativos. Figura 3. Autocorrelogramas CONCLUSIONES − La entrada del período lluvioso en la Depresión de Carora, responde a la migración gradual de

la zona de convergencia intertropical (ZCIT) hacia el norte mientras que la salida del período lluvioso, al efecto friccionar, que parece ser en esta zona un importante mecanismo que inhibe la precipitación. El descenso en el gradiente de precipitación va acompañado de la altitud.

− Los mayores contrastes se dan por la alternancia de momentos con valores máximos seguidos por valores mínimos en la función de autocorrelogramas.

− Quizás podría hablarse de que la variabilidad pluviométrica es en sí misma, también muy variable, lo cual dificultaría identificar períodos persistentes con escasez de lluvia para lograr definirlas como sequía pero ésta función pone de manifiesto diferencias de significación estadística en la conformación de una estructura temporal, lo cual ayudaría para este propósito. No obstante, se recomienda extender el análisis a otros conceptos como el de variabilidad o el de persistencia, mediante el cálculo del coeficiente de variación y de la probabilidad de año seco tras año seco, respectivamente.

Burere

Nº de retardos

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Coe

ficie

ntes

1,0

,5

0,0

-,5

-1,0

Límites de confianza

Coeficiente

Altagracia

Nº de retardos

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Coe

ficie

ntes

1,0

,5

0,0

-,5

-1,0


Coeficiente

Carora Granja

Nº de retardos

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Coefic

iente

s

1,0

,5

0,0

-,5

-1,0


Coeficiente

Los Pedernales

Nº de retardos

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Coe

ficie

ntes

1,0

,5

0,0

-,5

-1,0


Coeficiente

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REFERENCIAS Capó E.; Llasat M.; Quintas J. 1999. Caracterización Pluviométrica Espacio-temporal de

España dentro del Proyecto AMHY/Friend. En La Climatología Española en los Albores del siglo XXI: I Congreso de la Asociación Española de Climatología. España: Asociación Española de Climatología (AEC). pp 123-129.

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Velásquez, R. 2003. Algunos Mecanismos Físicos Responsables de la Distribución Anual de la Precipitación en Venezuela. Aula y Ambiente. Revista Ambiental. 3(5): 33-39.


59

Aspectos hidroquímicos del agua subterránea en el Conurbano bonaerense, Argentina.

Eleonora Carol.

Instituto Nacional del Agua (INA)

Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica (CETMIC) Cno. Centenario y 506, M. B. Gonnet, C.C. 49 (B1897ZCA) [email protected] INTRODUCCIÓN El Conurbano Bonaerense y la ciudad Autónoma de Buenos Aires se ubican en la región noreste de la Provincia de Buenos Aires, Argentina y conforman una de las zonas más densamente pobladas del mundo con 11,5 millones de habitantes en 3800 km2. La topografía de la región es suave. En el sector oeste se encuentran las alturas máximas, que no sobrepasan los 100 m.s.n.m, disminuyendo con pendiente hacia el este hasta alcanzar el nivel del mar. La zona es atravesada por las cuencas inferiores de los Ríos Matanza, Riachuelo, Reconquista y por pequeñas subcuencas afluentes, que desembocan en el curso inferior del Río Paraná y estuario del Río de La Plata (Figura 1). La precipitación media anual supera ligeramente los 1000 mm anuales, siendo los excesos hídricos cercanos a 200 mm anuales. Para la región noreste de la Provincia de Buenos Aires los valores de infiltración se encuentran entre 0,57% y 9,44% de las precipitaciones medias anuales. Para la región urbana y suburbana los valores de infiltración se encuentran entre 0,1% y 7,59% de las precipitaciones medias anuales, respectivamente (Santa Cruz y Silva Busso, 2002). El agua de interés para consumo humano se halla alojada en los acuíferos Pampeano (menos profundo) y Puelches (más profundo). Los mismos se agrupan dentro de una misma unidad llamada acuífero multicapa (Sala, 1975) que se encuentran hidráulicamente conectados, alimentándose directa o indirectamente y en forma local por infiltración a partir de la recarga de las precipitaciones. La contaminación del acuífero Puelches se produce por filtración vertical descendente de las aguas del acuífero Pampeano, a través del acuitardo que los separa. La sobreexplotación del acuífero Puelches en las décadas del 40 a 80 dio lugar a la formación de grandes conos de depresión. Tal explotación, llega en algunos sectores a agotar los acuíferos Freático y Pampeano por infiltración vertical descendente, comportándose el acuífero Puelches como acuífero libre. El casi abandono de su explotación en la década del 90 provocó la rápida recuperación de los niveles piezométricos, instalándose el techo del acuífero libre muy cerca de la superficie (Santa Cruz et al., 1997). Estas modificaciones generan una distorsión del escurrimiento subterráneo original y por ende del transporte de sustancias disueltas. Asimismo se produce una modificación en el carácter efluente de los ríos y arroyos, como así también cambios

en la recarga y conexión entre los acuíferos. En el área existe una creciente preocupación por la calidad del agua subterránea para consumo humano, especialmente con relación a la concentración de nitratos. El nitrato constituye la forma más oxidada, estable y móvil de las especies del nitrógeno en solución y tiene su origen generalmente en fuentes de nitrógeno exteriores al sistema acuífero (desechos industriales, fertilizantes nitrogenados, fosas sépticas, etc). El límite propuesto por la Organización Mundial de la Salud para la calidad del agua potable para consumo humano respecto a la concentración de nitratos es de 45 mg/l (World Health Organization, 1996). El objetivo de este trabajo es analizar las variaciones temporales y espaciales en la concentración de nitratos del acuífero Puelches relacionándolas con la sobre explotación del mismo.

60

Figura 1: Mapa de ubicación del Conurbano Bonaerense.

MATERIALES Y MÉTODOS Los datos hidroquímicos analizados fueron aportados por el Instituto Nacional del Agua. Los mismos se integraron en un sistema de información hidrogeológica discriminando por acuífero (Pampeano y Puelches), utilizando para tal fin la información de perfiles de perforación. La base de datos químicos creada para el acuífero Puelches cuenta con 8000 datos de aniones (incluyendo nitratos) y cationes mayoritarios, situados entre los años 1996 y 2002, con una media de cinco datos por año para un mismo pozo. Estos fueron tratados estadísticamente para reducir el número de datos y dar un valor medio anual a cada parámetro en cada pozo. Para el acuífero Pampeano la base de datos creada cuenta con 300 datos de aniones mayoritarios situados entre 1990 y 2002. Primeramente se realizó una caracterización y clasificación hidroquímica regional de cada acuífero, utilizando para esto, los valores estadísticos obtenidos y los diagramas de clasificación de aguas según Piper (acuífero Puelches) y ternario (acuífero Pampeano). Con los datos de concentraciones de nitratos procesados para el acuífero Puelches entre el periodo 1996 a 2002 se procedió a la realización de mapas de isocontenidos para los años 1996, 1999 y 2002. Cabe aclarar que la densidad de pozos con datos de nitratos está muy sectorizada, por cuanto los resultados de su interpretación se limitarán a esas áreas. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El acuífero Pampeano (incluyendo al Freático) presenta un dominio de aguas de tipo bicarbonatadas (Figura 2). Menos del 10 % de los pozos caen dentro del campo de las aguas cloruradas y/o sulfatadas, generalmente relacionadas a sedimentos de origen marino en

Moreno

Alte. Brown

Ituzaingo

Hurlingan

San Migue

l Río de La Plata

Merlo

Quilmes

Berazategui

San Isidro

San Martín

Pilar

Cañuelas

Ezeiza

Marcos Paz

Avellaneda Lanus

F. Varela

San Vicente

Pte.Perón

Malv. Argentinas

San

Fernando

José C. Paz

Lujan

Escobar

Moro

n

Las Heras

Gral. Rodriguez

T d e Fe frero

Río Lujan

Rio ParanáTigre

Aires

Buenos

0 10 Km

Río

Mat

anz

a

Río Reconquista

CapitalFederal

Río R

iach

uelo

La M

atanza

E. E

cheve

r rí a

Lomas

de

Zamora

Vicente

Lopez

Mercedes


61

superficie o a la intrusión salina que afecta al acuífero en el área ribereña y sectores cercanos a los valles inferiores de los ríos (Hernández, 1978). El contenido salino promedio expresado en sólidos totales disueltos (STD) es de 1323 mg.l-1. Los valores medios obtenidos para los aniones son 435 mg.l-1de HCO3

-, 274 mg.l-1 de Cl- y 214 mg.l-1 de SO4=.

Figura 2: Diagrama ternario de aniones para el acuífero Pampeano . Las aguas del acuífero Puelches son mayormente de bajo contenido salino con STD promedio de 828 mg.l-1. De acuerdo con el diagrama de Piper (1944) clasifican según la proporción relativa de sus componentes iónicos mayoritarios como bicarbonatadas sódico cálcicas (Figura 3). En menor proporción se encuentran aguas de tipo clorurado sódicas, localizadas en el sector este, relacionadas a sedimentos de origen marino en superficie o a intrusión salina.

Figura 3: Diagrama de Piper para el acuífero Puelches. Los valores medios obtenidos para los constituyentes mayoritarios son 215 mg.l-1 de Na+, 43 mg.l-1 de Ca++, 20 mg.l-1 de Mg++, 436 mg.l-1 de HCO3

-, 85 mg.l-1 de Cl-, 40 mg.l-1 de SO4= y 64

mg.l-1 de NO3-.

Para el análisis de la variación en el tiempo y espacio de la concentración de nitratos se utilizaron los datos del acuífero Puelches para los años 1996, 1999 y 2002. Del análisis estadístico y mediante la realización de mapas de isocontenido de nitratos (Figura 4 A - C) surge que:

Tipo clorurado

Tipo bicarbonatado

Tipo sulfatado

Tipo sódico

Tipo cálcico

Tipo magnésico

Sulfatadas y/ocloruradas cálcicas y/o magnésicas

Bicarbonatadas cálcicas y/o magnésicas

Cloruradas y/o sulfatadas sódicas

Bicarbonatadas sódicas

Mg-Ca

Ca-Mg

Ca-Na Na-Ca

Na-Mg

Mg-Na

ClCO3H

ClSO4

SO4-ClSO4-CO3H

CO3H SO4

CO3H Cl

Tipo clorurado

Tipo bicarbonatado

Tipo sulfatado

ClCO3H

ClSO4

SO4 CL

SO4CO3H

CO3H-Cl CO3H-SO4

62

Figura 4: Mapa de isocontenido de nitratos para los años 1996 (A) y 1999 (B)

N

A - Mapa de isocontenido de nitratos Acuífero Puelches 1996

REFERENCIAS

Curva isocontenido nitratos

0 5 10 Km.

80

Ubicación de pozos de muestreo

5520000 5540000 5560000 5580000 5600000 5620000 5640000 5660000 5680000

6100000

6120000

6140000

6160000

6180000

6200000

N

B - Mapa de isocontenido de nitratos Acuífero Puelches 1999

5520000 5540000 5560000 5580000 5600000 5620000 5640000 5660000 5680000

6100000

6120000

6140000

6160000

6180000

6200000


REFERENCIAS


0 5 10 Km.

80


63

Figura 4. Mapa de isocontenido de nitratos para el año 2002 (C) La media de nitratos para el año 1996 es de 74,12 mg.l-1, con mínimos de 0,9 mg.l-1 y máximos de 168 mg.l-1, con el 21% de los datos por debajo de 45 mg.l-1 (límite propuesto por la Organización Mundial de la Salud para la calidad del agua potable). Las mayores concentraciones se encuentran relacionadas a las áreas de sobre explotación con desarrollo de conos de depresión. Para el año 1999 el valor medio de nitratos es de 63,8 mg.l-1, con mínimos de 6,6 mg.l-1 y máximos de 159,3 mg.l-1, con el 34 % de los pozos por debajo de 45 mg.l-1. La disminución en el valor máximo, respecto a 1996, posiblemente se deba al abandono de los pozos del sector norte de los partidos de Tres de Febrero y San Martín y al sur de los partidos de Lanus y Lomas de Zamora. En el año 2002 disminuye notablemente la cantidad de pozos en explotación. En el sector sur se abandona el 70% de los pozos con concentraciones de nitratos superiores a 50 mg/l. La media de nitratos es de 48,4 mg.l-1, con mínimos de 7,73 mg.l-1 y máximos de 113 mg.l-1, con el 49 % de los pozos por debajo de 45 mg.l-1. Las curvas describen una tendencia de concentraciones decrecientes hacia el oeste y sur. Cabe destacar que en todos los casos los focos de mayor concentración de nitratos están relacionados a las áreas de mayor explotación donde se desarrollan los conos de depresión.

CONCLUSIONES

- Los resultados de los análisis químicos de los pozos estudiados en el periodo 1996 a 2002

denotan que el 68% de los mismos exceden el límite propuesto por la Organización Mundial de la Salud respecto a las concentraciones de nitratos para consumo humano.

- Del análisis estadístico anual surge que los valores medios de nitratos son 74,12 mg/l para el año 1996 y 48,4 mg/l para el año 2002, lo que muestra una tendencia decreciente. Sin embargo ésta tendencia no es real debido a que los pozos muestreados no son los mismos

N

C - Mapa de isocontenido de nitratos Acuífero Puelches 2002

5520000 5540000 5560000 5580000 5600000 5620000 5640000 5660000 5680000

6100000

6120000

6140000

6160000

6180000

6200000


REFERENCIAS


0 5 10 Km.

80

64

para cada año. Para lograr una apropiada evaluación en tiempo y espacio se debería trabajar manteniendo constantes los pozos a muestrear.

- Al tratarse de un acuífero de tipo multicapa donde las tres secciones (Freático, Pampeano y Puelches) están hidráulicamente conectadas, la explotación del más profundo repercute bajando el nivel freático o arrastrando la depresión del mismo. Esta migración vertical descendente traslada consigo los iones nitratos provenientes de la contaminación de las secciones más superficiales. En consecuencia, la contaminación del acuífero Puelches podría estar relacionada a la migración de iones nitratos desde superficie. Esto se fundamenta en el hecho de que las mayores concentraciones de nitratos están íntimamente relacionadas a las áreas de mayor explotación del acuífero Puelches.

REFERENCIAS Hernández M. 1978. Reconocimiento Hidrodinámico e Hidroquímico de la interfase Agua Dulce –

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65

Régimen hídrico de un Ultisol arenoso del noreste de Uruguay bajo plantaciones de Eucalyptus grandis vs. Pasturas.

Lucía Salvo, Silvana Delgado, Fernando García Préchac, Jorge Hernández, Pablo Amarante, Mariana Hill Universidad de la República, Facultad de Agronomía, Departamento de Suelos y Aguas. Av. Garzón 780, Montevideo, Uruguay. [email protected]

INTRODUCCIÓN

La plantación de bosques artificiales es una de las actividades que ha tenido más impulso en el Uruguay durante los últimos años. Actualmente, ocupan casi 661 mil hectáreas, superficie tres veces y media mayor a la que ocupaban en el año 1990 (Censo General Agropecuario, 2000). Este gran crecimiento se explica por la aprobación de la Ley de Promoción Forestal Nº 15.939, en el año 1987. La misma procuró un ordenamiento a nivel territorial, compatibilizando la mejor aptitud forestal, con la menor interferencia frente actividades agrícolas y pecuarias, típicas en el Uruguay (MGAP, 2000). El rubro se ha concentrado en explotaciones de escala importante, con alto grado de especialización en la actividad forestal, las cuales, a su vez, se concentran en 5 departamentos de los 19 en que está dividido administrativamente el país (DIEA, 2000). El rápido crecimiento y concentración de la actividad y por ende, el cambio en el uso del suelo, generó polémica en cuanto a posibles efectos ambientales de las plantaciones comerciales de Eucalyptus. Uno de los que más preocupa, es el cambio en el régimen hídrico de las cuencas. El único estudio en cuencas apareadas, en marcha en Uruguay, está indicando alrededor de 50 % menos de escurrimiento superficial bajo forestación que bajo pasturas (Durán et al., 2000). Desde 2001, el grupo de Manejo y Conservación de Suelos de la Facultad de Agronomía, desarrolla un estudio de “Monitoreo de los efectos sobre el suelo de las plantaciones de Eucalyptus y pinos y de la intensidad de laboreo para realizarlas". Dentro de este, una de las determinaciones es el contenido de agua en el suelo, con el objetivo de comparar la evolución del almacenaje de agua hasta 1,2 m de profundidad. Este trabajo presentará dicha evolución desde 2001 al 2003, en un Typic Hapludult, bajo una plantación de Eucalyptus grandis realizada en 1998, comparada con la que ocurrió en el mismo suelo bajo la pastura original. MATERIALES Y MÉTODOS El ensayo fue instalado en un establecimiento forestal, al noreste del Uruguay, departamento de Rivera. Se seleccionó una plantación de Eucalyptus grandis instalada en la primavera de 1998. Se aprovechó el tendido de una línea de alta tensión que atraviesa todo el establecimiento, para tener 3 pares de lugares con suelo forestado y con la vegetación previa a la implantación del monte a muy corta distancia (< 50 m). Dicha pastura, si bien no es la original prístina, se encuentra en un muy avanzado estadio de la sucesión regenerativa, a partir de algún disturbio en el pasado. La ladera en que se encuentra el ensayo, tiene una pendiente entre 6 a 9 %, de exposición sur. Siguiendo la toposecuencia, se eligieron las 3 repeticiones del par Eucaliptos-pastura, asumidos como bloques al azar para el análisis estadístico. En cada unidad experimental se instalaron tubos de acceso para sonda de neutrones y se obtuvieron muestras imperturbadas para determinar la curva característica de retención de agua en el suelo. La sonda de neutrones utilizada fue una Troxler 3200. Los tubos de acceso son de aluminio, de 5 cm de diámetro. Las determinaciones se realizaron a los 15, 30, 50, 70, 90 y 110 cm de profundidad. Las mismas fueron tomadas como representativas de los intervalos de 0 a 20, 20 a 40, 40 a 60, 60 a 80, 80 a 100 y 100 a120 cm, respectivamente, para el cálculo del almacenaje hasta 1,2 m. Estas determinaciones se realizaron, al menos trimestralmente. La calibración de la relación de cuentas del equipo a contenido de agua volumétrico se realizó in situ, correlacionando las primeras con muestreos gravimétricos realizados a la instalación de los tubos y en fechas posteriores con contenidos contrastantes de agua en el suelo. Se trabajó con 4

66

funciones de calibración correspondientes a las siguientes profundidades, de 0 a 20, 20 a 40, 40 a 60 y 60 a 120 cm. El análisis estadístico del almacenaje de agua en el suelo, se realizó para cada fecha de determinación y además, se analizó el almacenaje promedio por estación, desde el verano del 2001 hasta el otoño del 2003. En este trabajo se presentan solamente estos últimos datos. La toma de muestras no disturbadas para la obtención de las curvas características de retención de agua se sacaron a fines del año 2001. En el suelo forestado, el muestreo se hizo en las hileras de plantación. Se tomaron 3 muestras por unidad experimental a cada una de las siguientes profundidades: la parte superior del horizonte A (5-10 cm), la parte inferior del horizonte A (25-30 cm) y la parte superior del horizonte B (65-70 cm). Las mismas fueron acondicionadas en el laboratorio y posteriormente, con un extractor de presión, se les determinó el contenido volumétrico de agua en equilibrio con 0,1; 0,3; 1 y 3 atmósferas (Klute, 1986). El análisis estadístico se hizo sobre el promedio de las 3 muestras tomadas por unidad experimental-profundidad de muestreo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la figura 1 se muestra la evolución estacional del almacenaje de agua hasta 1,20 m de profundidad. El suelo bajo Eucalyptus siempre presentó menor contenido de agua que bajo pastura, siendo las diferencias significativas para la mayoría de las estaciones estudiadas. En verano, dada la alta evapotranspiración existente, disminuye el contenido de agua del suelo para ambos usos, pero los árboles estarían realizando una mayor extracción como consecuencia de su mayor y más profundo sistema radicular. Sin embargo, llaman la atención las diferencias encontradas en el invierno. En dicha estación, tanto la pastura como la plantación, tienen muy baja evapotranspiración real por la baja radiación; y siendo la precipitación uniforme durante todo el año, debiera esperarse que el suelo estuviera a máxima capacidad de retener agua (Capacidad de Campo) bajo los dos usos comparados. Más aún cuando se sabe que el escurrimiento superficial es menor bajo Eucalyptus (Durán et al., 2001). A modo de ilustración, en la figura 2 se muestra la distribución del contenido de agua en el perfil del suelo para dos de los veranos e inviernos estudiados. Puede observarse que en invierno, las diferencias entre el suelo bajo Eucalyptus y bajo pastura, aparecen debajo de los 60 cm de profundidad (Bt), mientras que en verano se dan desde la superficie.

**** ∝ < 0.05 *** 0.05 < ∝ > 0.10 ** 0.10 < ∝ > 0.15 * 0.15<∝>0.20 Past.: suelo bajo pastura original; Monte : suelo bajo monte de Eucalyptus; Cc: capacidad de campo.

Figura 1. Evolución estacional del contenido de agua del suelo hasta 120 cm de profundidad.

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360

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Past. Monte

Cc suelo bajo past.= 376 mm H2O/120 cm

Cc suelo bajo monte = 360 mm H2O/120 cm

* **** **** * ** **** ** ****


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Past.: suelo bajo pastura original; Monte : suelo bajo monte de Eucalyptus, % HV: Porcentaje de agua en volumen. Figura 2. Distribución del contenido de agua en el perfil hasta 10 cm de profundidad Una de las posibles explicaciones a las diferencias observadas en el invierno, surge de analizar las curvas características de retención de agua (Figura 3). En estas se observa que el suelo bajo Eucalyptus retiene menos agua a capacidad de campo (10 kPa) tanto para la profundidad de 5 cm como para el horizonte Bt. Estas diferencias, llevadas a 120 cm de profundidad, hacen una diferencia de 16 mm de menor retención de agua a capacidad de campo bajo Eucalyptus , valor que es aproximadamente del orden de la diferencia determinada en el campo al final del período de recarga invernal (Figura 1). También, es en el horizonte B, que ocupa la mitad de la profundidad estudiada, donde la diferencia de retención a 10 kPa es mayor, y donde aparecen las mayores diferencias de contenido de agua en el perfil durante el invierno. En investigaciones previas (Pérez Bidegain et al., 2001a y 2001b), ya había sido observada una menor retención de agua en los primeros 5 cm de suelo bajo Eucalyptus comparado con suelo bajo pastura, donde de ocho suelos estudiados, seis presentaron dicho comportamiento (α<0.05). Resultados similares se reportan en Sudáfrica para el horizonte A (Musto, 1993) y el autor lo atribuye a diferencias en la distribución del tamaño de los poros y a la hidrofobicidad provocada por algunos compuestos orgánicos, producto de la descomposición de restos de Eucalyptus. Doerr et al. (1996 y 2000), mencionan que las plantas más comúnmente asociadas con la repelencia de agua son los árboles perennes, en particular aquellos que tienen una considerable cantidad de resinas, ceras o aceites aromáticos como los Eucalyptus y los Pinus.

H V % 2 7 - A g o - 0 1

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P ast . M o n t e

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**** ∝ < 0.05 *** 0.05 < ∝ > 0.10 ** 0.10 < ∝ > 0.15 * 0.15<∝>0.20

% HV: Porcentaje de agua en volumen, CN: suelo bajo pastura original, fila: suelo bajo monte de Eucalyptus, correspondiente a la fila de plantación. Figura 3. Curvas caracteristicas de retencion de agua en las profundidades de 0 a 10cm, 25 a 30 cm y

horizonte Bt

CONCLUSIONES - El suelo bajo Eucalyptus siempre tuvo menor contenido de agua que el suelo bajo pastura.

Esto era de esperar durante los veranos, dadas la magnitud y profundidad del sistema radicular de los Eucalyptus, en comparación con el de la pastura, que permite a los primeros tener mayor evapotranspiración real. Sin embargo, llama la atención que se generen diferencias en invierno (período de recarga de agua del suelo), donde la demanda atmosférica es muy baja, se mantienen las precipitaciones y según otros resultados, el escurrimiento superficial es menor bajo Eucalyptus , por lo que se esperaría que el suelo estuviera con su máxima capacidad de retención de agua (Capacidad de Campo) bajo ambos usos.

- La capacidad de campo estimada (retención a 10 kPa) para los 120 cm del suelo bajo Eucalyptus fue menor que para el suelo bajo pastura, debido principalmente a la diferente retención en el horizonte Bt. Esta menor capacidad de retención de agua, podría ser una explicación a las diferencias en contenido de agua encontradas en el campo en los inviernos estudiados.

- Menor retención de agua en el suelo y menor escurrimiento superficial significarían mayor drenaje profundo y recarga de acuíferos en el período invernal bajo Eucalyptus. Sería muy importante confirmar esta hipótesis con estudios hidrológicos, en lo posible, en cuencas experimentales.

- El proyecto de investigación del cual surgen estos resultados, aún no ha finalizado, por lo que se recogerá información de evolución del contenido de agua estacional durante más años.

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0.5

1

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

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****

**

5 cm 25 cm

****

*

** ***


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REFERENCIAS DIEA. 2000. Censo General Agropecuario 2000 - Resultados Definitivos Vol. 1.

http://www.Mgap.gub.uy/Diea/CENSO2000/ResultadosDefinitivosVol_1/data/13.htm Doerr S. H.; Shakesby R. A; Walsh R. P. D. 1996. Soil hydrophobicity variations with depth and

particle size fraction in burned an unburned Eucalyptus globulus and Pinus pinaster forest terrain in de Agueda Basin, Portugal. Catena 27: 25 - 27.

Doerr S. H.; Shakesby R. A; Walsh R. P. D. 2000. Soil water repellency: its causes, characteristics and hydro-geomorphological significance. Earth.Science Reviews 51: 33-65.

Durán P.; Silveira L.; Martínez L.; Chamorro A.; González J.C.; Zanetti E.; Alonso J.; Hayashi R.; Durán A.; García Préchac F.; Pérez M.; Frioni L.; Sicardi M.; Molteri, C.; Bozzo A. 2001. Estudio de Monitoreo Ambiental de Plantaciones Forestales en el Uruguay. Informe final. Universidad de la República Oriental del Uruguay. pp A1-1 a B2-32.

Klute A. 1986. Water potential: Laboratory methods. In Klute, A., et al. (Eds.) Methods of soil analysis, Part 1, Physical and Mineralogical methods, Second Ed., ASA-SSSA Agronomy Series 9, pp. 635-662.

MGAP- Ministerio de Ganadería Agricultura y Pesca, Dirección General Forestal. 2000. Uruguay forestal. Antecedentes, legislación y política, desarrollo actual y perspectivas.

Musto J.W. 1993. Impacts of plantation forestry and soil management In. ICFR Annual Research Report South Africa pp 102-109.

Pérez Bidegain M. ; F. García Préchac ; A. Durán. 2001a. Soil use change effect, from pastures to Eucalyptus sp., on some soil physical and chemical properties in Uruguay, In 3rd International Conference on Land Degradation, Rio de Janeiro, en CD-ROM.

Pérez Bidegain M.; F. García Préchac; R. Methol. 2001b. Long-term effect of tillage intensity for Eucalyptus grandis planting on some soil physical properties in an Uruguayan Alfisol. In 3rd International Conference on Land Degradation, Rio de Janeiro, en CD-ROM.

http://www.Mgap.gub.uy/Diea/CENSO2000/ResultadosDefinitivosVol_1/data/13.htm


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Modelización de la erosión hídrica en cuencas pequeñas Koen Verbist y Donald Gabriels Ghent University, Department of Soil Management and Soil Care, Coupure Links 653, Ghent, Belgium. [email protected], [email protected]

INTRODUCCIÓN En Flandes, Bélgica, la erosión hídrica ha traído como consecuencia problemas econonómicamente dañinos. La pérdida de suelos en las partes onduladas de las cuencas, ha generado problemas de sedimentación en las zonas aguas abajo. El costo de dragar continuamente los puertos econonómicamente importantes como el de Amberes, y el riesgo de inundaciones frecuentes en zonas muy pobladas, justifica estudios de fondo del problema. En este marco se entiende la importancia del uso de modelos fiables para predecir las pérdidas de suelo. Pero no solo se necesita tener una idea general de la cantidad de lodo en las corrientes de agua, también hace falta conocer la distribución de la intensidad de la erosión hídrica en la cuenca. En este sentido, se pueden utilizar los modelos para aplicar escenarios diferentes, con el fin de buscar el escenario más eficiente para reducir la cantidad de lodo en los cuerpos de agua. Para que sea útil la modelización de la situación, con bastante exactitud, el modelo tiene que enfocarse en los procesos individuales.

MATERIALES Y METODOS

El modelo ‘STM-3D’ En este caso se selecciono un modelo basado en principios físicos. Sobre todo la parte hidrológica que se compone de ecuaciones de balance de masa y de momento. Usa la teoría de la onda cinemática (De Saint Venant, 1871) para describir el movimiento del agua en el espacio y en el tiempo. Así se puede calcular el caudal en cada punto de la cuenca. La producción de escorrentía superficial está calculada con el algoritmo de Green y Ampt (1991). Esta ecuación permite calcular la infiltración acumulada en el suelo en función del tiempo. La diferencia entre la precipitación y la infiltración es lo que se pierde por escorrentía. Para facilitar el uso del modelo, es importante disminuir el número de parámetros necesarios. Por tanto, es importante trabajar con funciones de pedotransferencia, que estiman parámetros utilizando propiedades básicas del suelo. El modelo mencionado necesita la textura del suelo y el contenido de materia orgánica para estimar una grupo de parámetros físicos, como la densidad aparente (Manrique en Jones, 1991), la conductividad hidráulica (Campbell, 1985) y las características de retencion de humedad del suelo (Vereecken et al., 1989). La utilización de parámetros físicos en los cálculos, permite calibrar y validar cada parte del modelo con mediciones. También esta manera de trabajar muestra la sensibilidad de los parámetros usados y de las ecuaciones usadas para estimarlos. En la segunda parte, el transporte de sedimentos por la escorrentía no es viable describir físicamente. El comportamiento de los sedimentos en suspensión y la carga de fondo en la escorrentía superficial, son muy variados en tiempo y espacio. Por lo tanto, no se dispone de ecuaciones físicas que sean fácilmente aplicables en la modelización. En este modelo se decidió aplicar la teoría de ‘stream power’, que es una variable empírica, que combina el caudal con la pendiente para generar el ‘fuerza de la escorrentía’ (Nearing et al., 1997). Unos de los objetivos de este estudio es la calibración de esta variable. Por lo tanto, se utilizaron diferentes ecuaciones que vinculan la ‘fuerza de la escorrentía’ con su capacidad para transportar suelo por unidad de ancho. Especialmente dos ecuaciones fueron comparadas, una es la de Nearing et al. (1997) y la otra fue obtenida por mediciones durante simulaciones de lluvia en el campo en dos parcelas de 5 m². Para buscar la ecuación adecuada para insertar en el modelo, las dos ecuaciones son aplicadas a mediciones continuas de la escorrentía en el campo. Este campo experimental consiste en 16 parcelas de 100 m de longitud y de 1 m de ancho, donde continuamente se monitorea la escorrentía y la pérdida de suelo. Por cada evento de lluvia medido se puede comparar la pérdida de suelo simulada, utilizando una de las dos ecuaciones, con la pérdida de suelo medida. Durante el periodo 2001-2003, 92 eventos fueron utilizados para

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este objetivo. En la figura 1 se observa la relación entre la predicción y la medición por cada evento.

pérdida de suelo medida (kg)

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100

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ecuación de Nearing et al.(1997) ecuación obtenida por simulación de lluvia en campolinea 1:1

Figura 1. Comparación entre las pérdidas de suelo simulado con dos ecuaciones y la pérdida medida Analizando la figura 1 se evidencia que la ecuación de Nearing (1997) resulta más ajustada a las mediciones, y por tanto, se prefiere para incorporarla en el modelo STM -3D para estimar la pérdida de suelo máximo, basado en la escorrentía producida en el campo.

Proyecto piloto Se puede calcular la pérdida de suelo en una cuenca, utilizando el modelo STM-3D (Biesemans, 2000). Para un proyecto piloto se seleccionó una pequeña cuenca de 271 ha. En esta cuenca el gobierno efectúa mediciones del caudal y de la concentración y con estas se pudo calibrar el modelo STM-3D. Esta cuenca se ubica a pocos kilómetros del campo experimental donde las mediciones son efectuadas en las parcelas de 100 m x 1 m, anteriormente descritas. Para este estudio se seleccionaron dos diferentes eventos de lluvia para incorporar las diferencias en la humedad del suelo y en las características de las lluvias. En la figura 2 se presenta la distribución de lluvia anual (mm), como promedio de 105 años, en la estación meteorológica nacional de Ukkel en Bélgica, junto con la erosividad (MJ mm ha-1 año-1). Este último parámetro es una combinación de la intensidad de la lluvia y su energía. En esta gráfica se nota que la cantidad de lluvia durante el verano no es más alta que durante el invierno, pero que la erosividad aumenta significat ivamente durante el verano. La precipitación cae en forma de tormentas cortas, pero con muy alta intensidad. En el invierno, al contrario, las lluvias duran varias horas, pero la intensidad no alcanza niveles altos. La razón por la que se empiezan a formar surcos en esta temporada, se debe a que el suelo está totalmente saturado, como efecto del mal drenaje en el perfil de suelo. En este caso, el uso de maquinas pesadas en condiciones muy húmedas, causa compactación del suelo y como consecuencia una baja permeabilidad. Como se mencionó hay una gran diferencia en la humedad del suelo durante las dos situaciones: en el invierno la humedad alcanza fácilmente 90% de la saturación; sin embargo, la humedad en el suelo en el verano es mucho más baja. Las propiedades de los dos eventos de lluvia utilizados, son descritas en el cuadro 1.


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10

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30

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ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

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precipitación

erosividad

Figura 2. Distribución de la precipitación (mm) y erosividad (MJ mm ha-1 año-1) en la estación

meteorológica de Ukkel, Bélgica Cuadro 1. Características de los eventos de lluvia usados y pérdida de suelo simulada en la cuenca

Fecha Duración

(h) Intensidad (mm h-1)

Intensidad máxima

(mm h-1)/5min

Pérdida de suelo (Mg)

26/12/2002 4,25 1,1 4,0 29,9

08/06/2003 0,5 17,2 33,2 98,2 En el modelo se utilizan las rugosidades de Manning. En estas simulaciones, cuatro usos de tierra fueron utilizados: tierra arable, pradera, bosque y urbanización. Por cada uno de estos usos, se atribuyó una rugosidad de Manning (determinado por Engman, 1986). Cómo parámetro de ingreso hace falta un mapa digital del terreno, con una resolución espacial suficientemente alta. En este estudio se construyo un Modelo Digital del Terreno (MDT) de la cuenca con una resolución espacial de 20 metros. De este mapa se deduce el área acumulativa de drenaje por cada píxel en la cuenca y el mapa que indica la dirección de la escorrentía de un elemento al otro, que también son prerrequisitos para poder efectuar simulaciones con STM -3D. Las diferentes texturas de los suelos de la cuenca fueron obtenidas del Mapa de Suelos Belgas. Para tener un valor determinado por cada elemento de 20 por 20 metros, los valores iniciales fueron interpolados con el método de Kriging. Así cuatro nuevos mapas fueron creados, un mapa con el contenido de arcilla, de arena y de limo y finalmente un mapa con el contenido de materia orgánica. Finalmente se necesita también un mapa con la red hidrográfica, indicando el ancho de los canales y arroyos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Con esta configuración se efectuaron varios cálculos. En la figura 3, la exportación de sedimento de cada píxel de la cuenca está indicada por la lluvia del 8 de junio, en la situación sin medidas de control de erosión. En los dos eventos de lluvia seleccionados varios escenarios fueron investigados y comparados con la situación inicial. Primero, fue analizado el uso de franjas de hierbas al lado de los arroyos. El efecto de la zona de hierba es una reducción drástica de la capacidad de transporte, por el incremento de rugosidad y una disminución de la velocidad de

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flujo superficial. Durante una lluvia la franja acumula sedimentos hasta que alcanza un máximo, dependiente de la pendiente de la zona. En los cuadros 2 y 3 se indican las pérdidas calculadas por el escenario de fajas de diferentes anchos al lado de los arroyos y en las parcelas que más contribuyen a la pérdida de suelo. Una comparación con la situación inicial está calculada en forma de porcentaje de reducción.

Figura 3. Mapa de la cuenca del arroyo ‘Mariaborre‘, con indicación de la erosión o deposición relativa para

todas las parceles agrícolas producidos por la lluvia del 8 de junio 2003 Analizando los cuadros 2 y 3, se evidencia que la ubicación de la faja de hierbas en la cuenca es importante. Se observa que al lado de los arroyos es más efectiva. Esto es debido a que la franja hace depositar sedimentos, así que el agua residual tiene una baja concentración de estos. Si este flujo de agua no es captado en los arroyos, tiene la oportunidad de arrastrar nuevos sedimentos, entonces la eficacia de la medida disminuye.


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Cuadro 2. Pérdida de suelo en la cuenca piloto con aplicación de fajas de hierba al lado de los arroyos y

porcentaje de reducción comparado con la situación inicial

Lluvia del 26/12/2002 Lluvia del 08/06/2003 Ancho de faja

(m) Pérdida de suelo

(Mg) Reducción

(%)

Pérdida de suelo (Mg)

Reducción (%)

1 22,5 25 84,4 14 2 17,6 41 76,7 22 5 11,3 62 58,7 40 10 7,6 74 43,6 56 20 5,2 83 29,7 70

Cuadro 3. Pérdida de suelo en la cuenca piloto con aplicación de fajas de hierba en el 10% de las

parcelas que más contribuyen y el porcentaje de reducción comparado con la situación inicial

Lluvia del 26/12/2002 Lluvia del 08/06/2003 Ancho de faja

(m) Pérdida de suelo

(Mg) Reducción

(%) Pérdida de suelo

(Mg) Reducción

(%) 1 29,2 3 95,7 3 2 28,5 5 94,7 4 5 27,4 8 93,0 5 10 26,4 12 91,1 7 20 25,4 15 88,2 10

Otra distinción es notable entre los dos eventos de lluvia. Durante la lluvia del invierno, la reducción del lodo de la escorrentía es más alta en comparación con el evento del verano. En el verano, el carácter de la precipitación es torrencial, así que la concentración de la escorrentía aumenta drásticamente en corto tiempo. La capacidad máxima de la franja de hierba se alcance más rápida en el verano, que en el invierno. Por tanto, la exportación de sedimentos de la franja en relación con la importación será más grande en el verano que en el invierno. Al final de la lluvia en el verano, la efectividad de la franja en reducir la exportación de sedimentos será muy baja, así que la escorrentía que alcanza los arroyos tendrá una concentración de sedimentos más alta. En el cuadro 4 se presentan los resultados de la conversión de parcelas arables en praderas, observándose reducciones significativas en las pérdidas de suelo, ya que ha eliminado el origen de sedimentos. Esta conversión sin embargo es una medida drástica. Cuadro 4. Pérdida de suelo en la cuenca piloto después de la conversión del 10% y 20% de las parcelas

con alto riesgo de erosión hídrica y el porcentaje de reducción comparado con la situación inicial

Lluvia del 26/12/2002 Lluvia del 08/06/2003 % de parceles

convertido Pérdida de suelo

(Mg) Reducción

(%) Pérdida de suelo

(Mg) Reducción

(%)

10 19,6 35 71,8 27

20 13,3 56 49,7 49

CONCLUSIONES

− A partir de los resultados obtenidos se evidencia que la aplicación de modelos para obtener información sobre las medidas aconsejables para el control de erosión hídrica puede ser una herramienta poderosa en estudios de cuencas. El modelo usado, STM -3D, es capaz de aproximarse a la realidad, cuando las condiciones iniciales son conocidas. Sin embargo, el uso

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de modelos en estudios ha de ser aplicado con alta prudencia. Una calibración adecuada de ellos es importante para tener resultados realistas.

− La aplicación de STM -3D en la pequeña cuenca del arroyo ‘Mariaborre’ señala que la implementación de medidas en la cuenca tiene una alta importancia. Así, se muestra que la construcción de fajas de hierba al lado de los arroyos es muy eficaz para reducir la exportación de sedimentos a los ríos. Reducciones de hasta un 83% fueron obtenidas para lluvias individuales de baja intensidad y hasta un 70% con tormentas, que pueden disminuir considerablemente cuando dos lluvias importantes caen en corto plazo.

− Por otro lado, se obtiene que la instalación de fajas en 10% de las parcelas que más contribuyen a la erosión hídrica tiene mucho menos influencia en la reducción de exportación de sedimentos a los ríos. La erosividad de la escorrentía no está disminuida, así que puede arrastrar de nuevo sedimentos en otros campos antes de alcanzar el río. La eficacia de esta medida resulta reducida por este mecanismo. Por tanto, es importante tener zonas de infiltración en la cuenca para reducir la erosividad de la escorrentía.

− La aplicación de fajas de hierba por supuesto no disminuye la producción de sedimentos. Por tanto, puede ser necesario convertir las parcelas más erodables en pradera. Esta medida es eficaz para reducir las zonas de producción de sedimentos, pero disminuye el área arable drásticamente.

− Se puede concluir que la aplicación de un modelo como el STM -3D tiene muchas posibilidades y que es factible añadir otras alternativas en la simulación, como labranza reducida, pequeñas zonas de infiltración y otras medidas mecánicas o agronómicas (rotaciones o técnicas adaptadas). El único requisito es tener relaciones entre escorrentía y erodabilidad por cada medida simulada.

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77

Cantidad y calidad de sedimento bajo lluvia simulada en un suelo Vertisol con modificaciones en el tamaño de los

agregados superficiales Kvolek, Claudio Miguel Cátedra de Manejo y Conservación de Suelos - Facultad de Agronomía - Universidad de Buenos Aires - Av. San Martín 4453 C1417DSQ - Buenos Aires – Argentina. [email protected] INTRODUCCIÓN Los procesos de degradación debido a la erosión hídrica afectan prácticamente a todo el territorio de la República Argentina, desde tierras de alto valor agrícola y ganadero de las regiones húmedas hasta las regiones semiáridas que representan un 75 % del territorio. El grado de deterioro actual de los suelos supera holgadamente las 25.000.000 hectáreas, incrementándose a razón de 250.000 hectáreas por año (SAGYP Y CFA, 1995) La erosión hídrica, de acuerdo a los mecanismos que actúen, se puede separar para su estudio en tres procesos: erosión entre surcos, en surcos y en cárcavas (Meyer y Harmon, 1984). La erosión en surcos o “rill erosion” resulta principalmente de la concentración de los escurrimientos, mientras que la erosión entre surcos o “interrill erosion” es consecuencia del impacto de la gota de lluvia en forma predominante (Meyer y Harmon 1984). La erosión entre surcos comprende dos mecanismos: desprendimiento y transporte del material de la superficie del suelo por el impacto de la gota de lluvia y por el movimiento horizontal de una delgada lámina superficial de agua (Baver et. al. 1972). La “Salpicadura” corresponde al transporte provocado por el impacto de la gota, lo cual produce la ruptura y dispersión de los agregados de la superficie del suelo, obturando los poros superficiales. Esto determina la formación de una delgada capa denominada “sello” que reduce la infiltración e incrementa el escurrimiento (McIntyre, 1958). La estabilidad de los agregados es uno de los factores que controlan la erosión entre surcos (Young y Onstand, 1978) y esta a su vez está directamente relacionada con los mecanismos responsables de la agregación. El tamaño y la cantidad de partículas que son producidas en función del tiempo durante una tormenta son importantes porque definen el grado y la extensión del sellado, y la forma en que se rompen los agregados está en relación directa con sus factores de agregación (Rienzi y Genovés, 1994). Obtener mas información sobre el comportamiento de las condiciones superficiales de las camas de siembra mas contrastantes ayudará a reconocer formas sencillas de protección y conservación de estos suelos, identificando además eventuales focos contaminantes. MATERIALES Y MÉTODOS

Para la determinación de pérdidas por salpicadura y escurrimiento se utilizó un simulador de lluvias. La precipitación es producida por un formador de gotas de 1700 picos dispuestos en una superficie de 0,56 m². Las gotas formadas tienen un diámetro de 2.8 (± 0.05 mm), (Rienzi, 1992). El formador de gotas se coloca a tres metros de altura para lograr una energía cinética acumulada de 1350 J.m-2 con una intensidad de 55 mm.h-1 durante sesenta minutos. Por medio de tamices se seleccionó un rango de tamaño de agregados en cada tratamiento: a) agregados pequeños: 2 a 4,8 mm de diámetro y b) agregados grandes: mayores a 4,8 mm, cubriendo la superficie con un espesor homogéneo de agregados de los rangos elegidos. Debajo de ellos, se colocó el suelo sin ninguna otra modificación. Las muestras acondicionadas se colocaron en bandejas adaptadas para recolectar las partículas desprendidas por salpicadura y escurrimiento. Las tres situaciones contrastantes elegidas fueron: a) un monte natural que es la condición prístina e inalterada de ese suelo; b) siembra directa de siete años de antigüedad y c) labranza convencional por mas de 50 años. El proceso duró una hora por muestra y cada diez minutos se recolectaron los productos de la salpicadura y el escurrimiento. Estos fueron inmediatamente tamizados separándolos en

78

fracciones de diámetro medio mayores a 1mm, 0.75 mm, 0.375 mm, 0.125 mm y menores de 0.125 mm. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Cantidad y calidad del sedimento desprendido Monte Natural (MN) Con respecto a las pérdidas acumuladas, cuando se encontraron agregados pequeños en superficie no se superaron los 200 g.m-2 de pérdida de sedimento. Con agregados grandes en la superficie, el desprendimiento por salpicadura no superó los 80 g.m-2, a diferencia del escurrimiento donde se registraron pérdidas acumuladas cercanas a los 240 g.m-2. En ambos tratamientos (agregados) se encontraron las menores pérdidas acumuladas registradas en toda la experiencia. Esto estaría explicado por la mayor estabilidad de los agregados de esta situación prístina con respecto al resto de las situaciones, con lo cual se necesitarían cantidades mayores de energía para romper los agregados superficiales. Como fuera observado por Roth y Eggert (1994) los agregados grandes presentarían un efecto protector debido a que necesitan más tiempo y energía para ser divididos. Con respecto a la calidad del sedimento, el escurrimiento (Figura 1) presentan muy poca cantidad de partículas pequeñas (menores a 0.125 mm), coincidiendo esto con el estado de menor degradación del lote. Las partículas predominantes son las mayores a 1 mm, potencialmente menos peligrosas como contaminantes y con menor capacidad de ser transportadas.

Siembra Directa de siete años (SD) El escurrimiento acumulado alcanzó valores de aproximadamente los 400 g.m-2 con agregados pequeños en superficie, y la salpicadura superó en magnitud al anterior con 600 g.m-2. La figura 2 muestra que los agregados se rompieron en componentes más pequeños, con una mayor proporción de partículas menores de 0.125 mm. En el escurrimiento se observa una alta selectividad de estas partículas pequeñas. La Salpicadura muestra un porcentaje mayor de partículas menores a 0.125 mm, con una proporción importante sobre el total de partículas de 0.125 y 0.375 mm. El escurrimiento también determinó pérdidas con alta proporción de partículas mayores a 1 mm, partículas con baja capacidad de transporte.

Figura 1. Distribución de partículas seleccionadas por el escurrimiento (E) y la salpicadura (S) con agregados grandes (ag) y pequeños (ap) en superficie en el Monte natural.

Monte Natural - Calidad del sedimento desprendido

0

100

200

300

mayor a 1mm 0.75 mm 0.375 mm 0.125 mm menor a 0.125 mm

Tamaño de partículas

Pér

did

as (

g,m

-2)

apE apS agE agS


79

Siembra Directa

050

100150200250300


Tamaño de particulas (mm)

Pér

did

as (

g/m

2)

apE apS agE agS

Labranza Convencional (LCV) Esta situación presenta uno de los menores valores de estabilidad estructural. Con agregados pequeños en superficie se observaron las mayores pérdidas totales para el escurrimiento que superó los 460 g.m-2, sin embargo la salpicadura no se vio afectada, evidenciándose en estas diferencias un efecto del tipo de agregados. En el tratamiento con agregados grandes, las pérdidas acumuladas por escurrimiento y salpicadura alcanzan valores similares, pero sin superar los 300 g.m-2. En la figura 3 se observa que selectividad de partículas menores a 0.125 mm predominó tanto en la salpicadura como en el escurrimiento. En este tamaño se incluye a los coloides que son potencialmente contaminantes. Diferentes autores admiten que el flujo superficial producido se enriquece con partículas de limo y arcilla, carbono orgánico, nutrientes, pesticidas y otros compuestos químicos asociados (Young et al., 1985; Palis et al, 1990; Wan y El Swaify, 1998).

Labranza Convencional

050

100150200250300


Tamaño de partículas

Pér

did

as (

g.m

-2)

apE apS agE agS

Efecto del sello sobre la selectividad del proceso Para tratar de determinar el efecto del proceso de sellado y las consecuencias de diferentes tamaños de agregados sobre la selectividad de partículas, se comparó el porcentaje de partículas menores a 0.125 mm producidas antes y después del sello, en la salpicadura y el escurrimiento. La figura 4 muestra las pérdidas de partículas del escurrimiento, donde el Monte Natural con agregados grandes en superficie produjo pequeñas cantidades de partículas menores a 0.125 mm, mientras que no se observaron efectos con agregados pequeños.

Figura 2. Distribución de partículas seleccionadas por el escurrimiento (E) y la salpicadura (S) con agregados grandes (ag) y pequeños (ap) en superficie en la situación Siembra directa.

Figura 3. Distribución de partículas seleccionadas por el escurrimiento (E) y la salpicadura (S) con agregados grandes (ag) y pequeños (ap) en superficie en la situación Labranza Convencional.

80

En la situación Siembra directa con agregados pequeños en superficie encontramos un incremento importante de partículas menores a 0.125 mm, determinando una mala combinación si pensamos en el riesgo de contaminación. Con agregados grandes no hubo efectos. En Labranza convencional se encontró una reducción en la perdida de partículas menores a 0.125 mm que podría estar explicado por la mayor extensión del sello el cual reduce la tasa de desprendimiento. El mayor efecto de la selectividad del escurrimiento fue producido entre sistemas de labranza, lo cual podría deberse a la estabilidad de los agregados al agua. La figura 5 muestra la influencia de sello sobre la selectividad de partículas menores a 0.125 mm en la Salpicadura. En el Monte natural no se observaron cambios significativos antes y después del sello cuando se cambiaron los agregados en superficie. En Siembra directa, luego del sello no se observaron cambios con agregados pequeños, pero con agregados grandes el sello reduce la pérdida de partículas. El efecto del sello fue diferente en la labranza convencional con agregados pequeños, sin embrago no ocurrió así con agregados pequeños. Aparentemente, las interacciones entre tamaño de agregado y el sello fueron más importantes que el sistema de labranza.

100

80

60

40

20

0

100

80

60

40

20 0

% de partículas menores a 0.125 mm.

Agregados Pequeños antes del sello

Agregados Pequeños después del sello

Agregados Grandes antes del sello

Agregados Grandes después del sello

MN SD LVC

Figura 4. Efectos del sello sobre la selectividad de la salpicadura

Figura 5. Efectos del sello sobre la selectividad del escurrimiento

% de partículas menores a 0.125

mm.

Agregados Pequeños antes del sello

Agregados Pequeños después del sello

Agregados Grandes antes del sello

Agregados Grandes después del sello

MN SD LCV

Escurrimiento


81

Relación de enriquecimiento del sedimento desprendido luego del sello Con el objeto de observar la tendencia a enriquecerse en partículas de tamaños contrastantes: menores a 0.125 mm y mayores a 1 mm, es decir las mas pequeñas y grandes respectivamente medidas en el ensayo, se elaboró la figura 6, donde el Monte natural con la presencia de agregados pequeños en superficie tiene tendencia a enriquecer el sedimento con ambas partículas

En la situación con Labranza convencional, aunque en una magnitud distinta, también muestra que la presencia de agregados pequeños en superficie enriquece el sedimento (Figura 7).

CONCLUSIONES − La calidad y cantidad de partículas desprendidas está gobernada por las características de

cada situación, donde la estabilidad estructural de los agregados es la condicionante principal de estos desprendimientos. El Monte natural presentó siempre las menores pérdidas y su tendencia fue a producir partículas grandes, con poca capacidad de ser transportadas y potencialmente menos peligrosas como vehículos de contaminantes. La Siembra directa presenta características intermedias. La situación con Labranza convencional fue la que

Monte Natural

0

2

4

6

8

10

12

< 0,125 mm > 1 mm

Diámetro (mm)

Rel

ació

n d

e E

nri

qu

ecim

ien

to

Ag. PequeñosEscurrimiento

Ag. PequeñosSalpicadura

Ag. GrandesEscurrimiento

Ag. GrandesSalpicadura

Figura 6. Relación de enriquecimiento en la salpicadura y el escurrimiento después de formado el sello con distinto tamaño de agregado en superficie en la situación Monte Natural.

Labranza Convencional

0

1

2

3

4

5

6

7

< 0,125 mm > 1 mm

Diámetro ( mm )

Rel

ació

n d

e E

nri

qu

ecim

ien

to

Ag. PequeñosEscurrimiento

Ag. PequeñosSalpicadura

Ag. GrandesEscurrimiento

Ag. GrandesSalpicadura

Figura 7. Relación de enriquecimiento en la salpicadura y el escurrimiento después de formado el sello con distinto tamaño de agregado en superficie en la situación Labranza Convencional.

82

presentó mayores pérdidas de sedimento y seleccionó partículas menores de 0.125 mm, más riesgosas en términos de polución ambiental.

− En cuanto a la selectividad luego de producido el sello, en el escurrimiento, el efecto mas importante fue producido por el sistema de labranza, relacionado a la estabilidad de sus agregados al agua. En lassalpicadura, la interacción tamaño de agregados y sello fueron mas importantes que el sistema de labranza.

− La relación de enriquecimiento luego de formado el sello independientemente de la situación siempre fue mayor cuando se encontraron los agregados pequeños en superficie.

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83

Prioridades de atención conservacionista según los riesgos de erosión potencial y actual en la Cuenca media

del Río Pao, Venezuela. Joei Jakeline Guillén Moncada y Oscar Antonio Silva E. Universidad Central de Venezuela. Facultad de Agronomía. Av. El Limón, Maracay, Venezuela. [email protected] INTRODUCCIÓN. La degradación de las tierras a nivel mundial pone en peligro la seguridad alimentaria de la creciente población. Uno de los principales problemas de degradación es la erosión hídrica. Determinar el grado de sensibilidad a la erosión hídrica, con la finalidad de establecer prioridades de atención de los riesgos de erosión potenciales y actuales de la cuenca media del Río Pao, es de gran importancia debido a que los problemas de erosión de una cuenca no se pueden tratar todos al mismo tiempo, de esta manera se facilita el manejo y se le da mayor prioridad a zonas que sean más sensibles a la erosión hídrica, lo cual puede visualizarse en mapas, además se pueden determinar los requerimientos de conservación de dicha zona. La zona bajo estudio, reviste gran importancia debido a que surte de agua a la Región Central de Venezuela, específicamente a las ciudades de Maracay y Valencia.

MATERIALES Y METODOS

Una vez generados digitalmente los mapas de riesgo de erosión potencial y actual mediante la utilización de un Sistema de Información Geográfica y del modelo USLE, se procedió a establecer las prioridades de atención conservacionista de las microcuencas en el área estudiada, tomando en consideración los siguientes tres (3) criterios:

1. Prioridad según la erosión. 2. Prioridad según la superficie. 3. Prioridad según la localización.

Estos criterios se asocian cuantitativamente con la siguiente expresión:

PlPsPeIp ..= (1)

Donde: Ip: Índice de prioridad de atención conservacionista, Pe: Prioridad según la erosión, Ps: Prioridad según la superficie, Pl: Prioridad según la localización.

Los índices de prioridad de atención conservacionista se clasificaron de acuerdo a la valoración señalada en el Cuadro 1.

Cuadro 1. Calificación de índices de prioridad de atención conservacionista.

(p): potencial; (a): actual

La prioridad según la erosión, es el promedio ponderado de los valores de erosión según el área que ocupa en cada microcuenca:

Valor de Ip(p) o Ip(a) Calificación 0 – 0.5 Ligera 0.5 - 1 Moderada 1 – 2 Moderadamente alta 2 – 3 Alta > 3 Muy alta

84

TA

EaEaEaEaEaPe

5́.54´.43́.32´.21́.1 ++++= (2)

Donde: a: es el área ocupada por cada clase de erosión (%), E´: centro de clase de erosión, AT: área total (%)

Los valores obtenidos de prioridades según la erosión se clasificaron de acuerdo a lo expuesto en el cuadro 2.

Cuadro 2. Clasificación de prioridades según la erosión (Pe).

Clase de erosión (E)

Pérdida de suelo Mg.ha -1año-1

Valor de Pe Categoría

1 < 10 0 – 1 Ligera 2 10 - 50 1 - 2 Moderada 3 50 – 100 2 – 3 Moderadamente alta 4 100 – 200 3 – 4 Alta 5 > 200 4 - 5 Muy alta

La prioridad según la superficie es la relación entre las áreas de cada una de las microcuencas y el área de la microcuenca más grande.

M

m

A

APs = (3)

Donde: Am: Área de la microcuenca (ha), AM: Área de la microcuenca más grande (ha)

La prioridad según la localización relaciona el recorrido fluvial desde cada microcuenca hasta el embalse con respecto al recorrido fluvial más largo en la cuenca.

−=

D

dPl 1 (4)

Donde: d: distancia desde el punto donde se interceptan todas las aguas arriba de una microcuenca hasta el embalse Pao-La Balsa (m), D: la mayor distancia desde el punto donde se interceptan todas las aguas arriba de una microcuenca hasta el embalse Pao-La Balsa (m)

Con base en el Cuadro 3, se clasificaron los valores obtenidos de prioridades según la superficie y la localización. Cuadro 3. Clasificación de prioridades según la superficie (Ps) y localización (Pl).

Valor de Ps y Pl Categoría

0 – 0.3 Baja 0.3 – 0.6 Media 0.6 - 1 Alta


85

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El área estudiada presenta dos (2) categorías de prioridad según la erosión potencial (Pe(p)); siendo éstas alta y muy alta. La primera ocupa el 29,79% de la superficie total de la cuenca media y se compone de las microcuencas Caimancito, Gamelotal, El Palmar y Caimán Grande. La segunda categoría ocupa el 66,44% de la superficie y se compone de las microcuencas Pao, Aragüita, Mucaria, Pacaragua y Prepo. También se presentan dos (2) categorías de prioridad según la erosión actual (Pe(a)); siendo éstas moderada y moderadamente alta. La primera ocupa el 13,26% de la superficie total de la cuenca media (microcuencas Caimancito y Gamelotal). La segunda categoría ocupa el 82,97% de la superficie y se compone de las microcuencas Pao, Aragüita, Mucaria, Pacaragua, Prepo, el Palmar y Caimán Grande. (Cuadro 4)

Cuadro 4. Valores y categorías de las prioridades según la erosión potencial (Pe(p)) y actual (Pe(a)).

Microcuencas Area (ha)

Area (%)

Area Acumulada

(%)

Pe(p) Area Ac. (%)

Pe(a)

Valor Categoría Valor Categoría

Aragüita 8748.2 5.58 4.41 Muy Alta 2.93 Moderadamente alta Prepo 12352.4 7.88 4.41 Muy Alta 2.88 Moderadamente alta Pacaragua 22964.2 14.64 4.35 Muy Alta 2.98 Moderadamente alta Mucaria 40527.9 25.84 4.31 Muy Alta 2.95 Moderadamente alta Pao 19606.7 12.50 66.44 4.13 Muy Alta 82.97 2.79 Moderadamente alta

Caimán Grande 17272.3 11.01 3.86 Alta 2.31 Moderadamente alta El Palmar 8660.6 5.52 3.86 Alta 2.09 Moderadamente alta

Gamelotal 8588.6 5.48 3.40 Alta 1.78 Moderada Caimancito 12209.3 7.78 29.79 3.38 Alta 13.26 1.72 Moderada

Embalse Pao-La Balsa

5907.5 3.77 3.77 0.00 Ligera 3.77 0.00 Ligera

Se observa que el área bajo estudio presenta tres (3) categorías de prioridad según la superficie (Ps), las cuales son: alta, media y baja. La primera categoría ocupa el 25,84% de la superficie total y a ésta pertenece la microcuenca Mucaria, que presenta la mayor área con respecto a las nueve microcuencas. La segunda categoría ocupa el 46,03% de la superficie total y se compone de las microcuencas Pao, Pacaragua, Prepo y Caimán Grande. La tercera categoría ocupa el 24,36% de la superficie y a ésta pertenece las microcuencas Caimancito, Aragüita, Gamelotal y el Palmar (Cuadro 5) Cuadro 5. Valores y categorías de las prioridades según la superficie (Ps).

Microcuencas Area Area Area Acumulada

Ps

(ha) (%) (%) Valor Categoría Mucaria 40527.88 25.84 25.84 1.00 Alta Pacaragua 22964.18 14.64 0.57 Media Pao 19606.69 12.50 0.48 Media Caimán Grande 17272.26 11.01 0.43 Media Prepo 12352.43 7.88 46.03 0.31 Media Caimancito 12209.25 7.78 0.30 Baja Aragüita 8748.19 5.58 0.22 Baja Gamelotal 8588.56 5.48 0.21 Baja El Palmar 8660.64 5.52 24.36 0.21 Baja Embalse Pao-La Balsa 5907.50 3.77 3.77 0.00 Baja

86

Se presentan tres (3) categorías de prioridad según la localización (Pl), las cuales son: alta, media y baja. La primera categoría ocupa el 68,14% de la superficie total y se compone de las microcuencas Caimancito, Pao, Mucaria, Gamelotal, el Palmar y Caimán Grande, éstas presentan el más alto valor de Pl debido a que todas las aguas que drenan de ellas llegan directamente al embalse Pao la Balsa. La segunda categoría ocupa el 14,64% de la superficie total, a ésta pertenece la microcuenca Pacaragua. La tercera categoría ocupa el 13,45% de la superficie y a ésta pertenece las microcuencas Aragüita y Prepo. (Cuadro 6) Cuadro 6. Valores y categorías de las prioridades según la localización (Pl).

Microcuencas Area Area Área Acumulada

Pl

(ha) (%) (%) Valor Categoría Mucaria 40527.88 25.84 1.00 Alta Pao 19606.69 12.50 1.00 Alta Caimán Grande 17272.26 11.01 1.00 Alta Caimancito 12209.25 7.78 1.00 Alta El Palmar 8660.64 5.52 1.00 Alta Gamelotal 8588.56 5.48 68.13 1.00 Alta Pacaragua 22964.18 14.64 14.64 0.87 Media Aragüita 8748.19 5.58 0.27 Baja Prepo 12352.43 7.88 13.46 0.00 Baja Embalse Pao-La Balsa 5907.50 3.77 3.77 0.00 Baja

Se observa que los valores de Ip(p) de cada microcuenca son más altos que los de Ip(a), debido a que éste último índice evalúa la influencia que tiene la cobertura vegetal sobre la erosión. No obstante el orden de las prioridades de atención a la erosión son las mismas (Cuadro 7)

Cuadro 7. Valores y categorías de índices de prioridades de atención a la erosión potencial y actual en la

Cuenca Media del Río Pao.

Ip(p) Ip(a) Microcuencas Valor Categoría Valor Categoría

Mucaria 4.3100 Muy alto 2.9500 Alto Pacaragua 2.1572 Alto 1.4778 Moderadamente alto Pao 1.9824 Moderadamente alto 1.3392 Moderadamente alto Caimán Grande 1.6598 Moderadamente alto 0.9933 Moderado Caimancito 1.0140 Moderadamente alto 0.5160 Moderado El Palmar 0.8106 Moderado 0.4389 Ligero Gamelotal 0.7140 Moderado 0.3738 Ligero Aragüita 0.2620 Ligero 0.1740 Ligero Prepo 0.0000 Ligero 0.0000 Ligero Embalse Pao-La Balsa

0.0000 Ligero 0.0000 Ligero

La prioridad de atención a la erosión potencial indica la importancia relativa, en cuanto a planes de manejo y mejoramiento de las diferentes microcuencas según su sensibilidad ante la erosión. Esta distribución sería la siguiente:

(a) Primer nivel de atención (muy alta y alta prioridad): Mucaria y Pacaragua.


87

(b) Segundo nivel de atención (moderadamente alta y moderada prioridad): Pao, Caimán Grande, Caimancito, El Palmar y Gamelotal.

(c) Tercer nivel de atención (ligera prioridad): Aragüita y Prepo.

La prioridad de atención a la erosión actual indica la importancia relativa, en cuanto a planes de manejo y mejoramiento de las diferentes microcuencas según estado presente de degradación por erosión. Esta distribución sería la siguiente:

(a) Primer nivel de atención (muy alta y alta prioridad): Mucaria. (b) Segundo nivel de atención (moderadamente alta y moderada prioridad): Pacaragua, Pao,

Caimán Grande y Caimancito. (c) Tercer nivel de atención (ligera prioridad): El Palmar, Gamelotal, Aragüita y Prepo.

CONCLUSIONES

- La metodología utilizada es de fácil desarrollo y aplicación, ya que necesita pocos parámetros y

con sus resultados se puede inferir con cierto grado de confiabilidad las áreas que requieren de pronta atención.

- La metodología empleada permitió integrar en un solo índice las cualidades: riesgo de erosión, importancia por superficie e importancia por localización de las microcuencas.

- La metodología permitió diferenciar áreas con degradación ligera y moderada pero con alta sensibilidad a la erosión. Ello implica que su manejo debe ser cuidadoso de lo contrario su deterioro ocurriría a corto plazo.

- El criterio de subdivisión del área de estudio en microcuencas es de gran utilidad para establecer las prioridades de atención a la erosión pero, se recomienda subdividir según el mismo orden del tributario para evitar que siempre tenga más peso la microcuenca más grande.

- Conviene tener presente que los valores absolutos de pérdida de suelo por la USLE son sobrestimados, ya que no toma en consideración el deposito de sedimentos, lo cual ocurre en la práctica.

- Los resultados obtenidos en este estudio pueden servir de base en el trazado de políticas para la conservación de la cuenca media del río Pao. Además, la metodología y criterios propuestos podrían ser la base de otros estudios o procedimientos mejorados de evaluación cuantitativa y espacial de la erosión con fines de planificación y mejoramiento de cuencas.

- Se recomienda realizar la verificación en campo de los resultados obtenidos para validar el estudio y hacer los ajustes necesarios en cuanto a jerarquías u ordenes de magnitud de los niveles de erosión y, consecutivamente, de la determinación de prioridades de atención.

REFERENCIAS Edeso J.; Marauri, P.; Merino, A. 1999. Aplicaciones de los Sistemas de Información Geográfica

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89

Efecto de enmiendas cálcicas y cobertura plástica sobre la infiltración y los procesos erosivos

Eduardo Abel Rienzi Cátedra de Manejo y Conservación de Suelos, Facultad de Agronomía Universidad de Buenos Aires, Av. San Martín 4453 (C1417DSE) Buenos Aires. [email protected] INTRODUCCIÓN Los suelos arenosos de zonas áridas y semiáridas son frágiles y muy susceptibles a presentar procesos de sellado y encostramiento superficial (Rao et al., 1998a y Rao et al., 1998b). En estas regiones mejorar la agregación del suelo es una práctica recomendada, pero la acumulación de materia orgánica es muy difícil debido a las condiciones del medio; la agregación está condicionada porque dependen de puentes catiónicos, principalmente con calcio (Muneer y Oades, 1989; Chenu, 1992). El uso de yeso como enmienda cálcica podría ser apropiado para favorecer la agregación por su acción floculante (Singer y Warrington, 1992); de esta manera se esperaría mejorar el comportamiento hidrológico de estos suelos, por un aumento en la porosidad que tendría efecto sobre la infiltración. Asimismo, el aumento en el tamaño y resistencia de los agregados disminuirían la predisposición al desprendimiento por impacto de gotas, disminuyendo la carga de sedimentos que fluye en el escurrimiento superficial (Roth y Eggert, 1994; Rienzi y Genovés, 1994). Otra técnica que podría tener utilidad en estos suelos, cuando es difícil instalar una cobertura natural debido a las condiciones ambientales, consiste en el uso de mallas de materiales resistentes, para aumentar la rugosidad y capturar las partículas que se desprenden con las lluvias y disipando la energía de impacto de las gotas. Estos mecanismos tendrían que disminuir la velocidad del escurrimiento y aumentar por consiguiente, las posibilidades de infiltración (Moss, 1989; Bradford y Huang, 1994). El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la utilización de enmiendas cálcicas y de una red de malla plástica sobre algunos aspectos de los procesos de erosión hídrica, con el propósito de utilizarlos como herramientas complementarias de control de procesos hidrológicos en las regiones áridas que presentan suelos arenosos y escasa cobertura. MATERIALES Y MÉTODOS Se tomaron muestras de suelo superficial de un Calciorthid típico de textura arenosa del Valle de Santa María en la provincia de Catamarca; la distribución de partículas y el contenido de carbono orgánico se muestran en el cuadro 1. Se separaron las muestras de suelo superficial en tres submuestras, con tres repeticiones cada una; a una de las submuestras se le agregó cloruro de calcio en una cantidad equivalente a 5 toneladas de yeso por hectárea y se dejó actuar durante siete días. El segundo conjunto de submuestras fue cubierto con una malla de red de plástico con aberturas de 1,5 x 1,5 cm. El tercer conjunto de submuestras fue utilizado como testigo sin ningún tipo de tratamiento. Todas las muestras se expusieron a lluvia simulada, utilizando un simulador de lluvias (Rienzi, 1994), con una energía cinética de 1350 J.m-2 y una intensidad de 55 mm.h-1 durante 60 minutos. Se utilizaron bandejas especiales de 32 cm x 40 cm con paredes deflectoras de 50 cm de altura, con pequeños canales en sus bordes para separar la salpicadura del escurrimiento que fluye libremente en el frente a través de un canal especial. El fondo de la bandeja presenta orificios destinados a captar el agua de infiltración (Rienzi, 1994). Cada diez minutos se recolectaron los recipientes previamente identificados; la salpicadura y el escurrimiento fueron inmediatamente tamizados separándolos en fracciones de diámetro medio mayores a 1 mm, 0,5 mm, 0,25 mm, 0,05 mm y menores a 0,05 mm. Simultáneamente se midió el volumen de agua infiltrada para cada intervalo de diez minutos, para detectar el inicio del proceso de sellado (Rienzi, 1994). La selectividad se midió como porcentaje de partículas en cada tamaño sobre el total de partículas desprendidas; la relación de enriquecimiento se evaluó según la ecuación siguiente (Wang y El Swaify, 1998):

90

RE = W 1 x W2 –1 (1)

donde: RE: relación de enriquecimiento W1: peso en gramos de las partículas de cada diámetro en el sedimento. W2: peso en gramos de las partículas del mismo diámetro en el suelo previo a la lluvia. Los datos obtenidos se analizaron por medio del análisis de variancia de una sola vía y multifactorial con interacciones (Steel y Torrie, 1992). Cuadro 1 : Distribución de tamaño medio de partículas y principales características de horizonte superficial de un Calciorthid del Valle de Santa María (Catamarca) Argentina ------------Diámetro medio de partículas---------------- CO Ca Mg Na K pH CE mm 0,125 0,375 0,5 1,5 2,5 3,9 6,4 7,5 g kg-1 ------cmol(+) kg –1----- dSm -1 g.kg-1 570 100 50 70 30 40 10 100 2,52 109 106 20 0,8 7,8 2,8 CO: Carbono orgánico; Ca: Calcio ; Mg: Magnesio ; Na: Sodio ; K:Potasio ; CE: Conductividad eléctrica

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pérdidas totales y relación salpicadura / escurrimiento El cuadro 2 muestra las pérdidas totales y los valores correspondientes a cada subproceso de erosión, para el suelo desnudo y para los tratamientos analizados. Contrario a lo esperado, las pérdidas totales aumentan en lugar de disminuir en ambos tratamientos (enmienda cálcica y malla plástica). Los valores hallados sin embargo, se encuentran dentro de los rangos mencionados por otros autores en suelos de similares características (Levy et al., 1994). Se observa además que las pérdidas totales durante la lluvia simulada en el suelo Testigo, se componen de un 46 % de escurrimiento y un 54 % de salpicadura. En las muestras con enmienda cálcica, se modificó la participación relativa de los subprocesos erosivos; el escurrimiento aumentó, alcanzando un valor del 76 % sobre el total de las pérdidas a diferencia de la salpicadura, la cual se redujo hasta representar un 24 % del total. A pesar de la distinta naturaleza de los tratamientos, la cobertura de malla plástica también produjo un aumento en la proporción del escurrimiento en las pérdidas totales, alcanzando el 70% del total de pérdidas. Cuadro 2: Pérdidas totales y parciales para cada subproceso erosivo, en el suelo Testigo y los tratamientos analizados.

TRATAMIENTOS PÉRDIDA TOTAL (gr.m -2)

SALPICADURA (gr.m -2)

%

ESCURRIMIENTO (gr.m -2)

%

Santa María sin tratamientos (Testigo)

113.20 a 60.64 a 54 52.56 a 46

Santa María con agregado de calcio

196.25 b 47.11 a 76 149.14 a 24

Santa María con malla de protección

205.6 b 61.62 a 70 143.68 a 30

Letras diferentes en la misma columna, representan diferencias significativas con p< 0,05%.

Este cambio en la composición del proceso erosivo a consecuencia de los tratamientos empleados, los cuales llevan al escurrimiento a ser el responsable de las pérdidas totales, sugiere que la erosión entre surcos es muy dependiente de las condiciones de la superficie, como fuera observado por Huang (1998) y Wan y El Swaify (1998). La importancia de reconocer la dependencia del proceso con las condiciones de la superficie del suelo, que incluyen tanto el tamaño y la estabilidad de los agregados como la rugosidad o la cobertura, radica en que las prácticas dirigidas a controlar la erosión entre surcos deben contemplar necesariamente todos los aspectos inherentes a este tipo particular de erosión, en donde tanto la salpicadura como el escurrimiento tienen una participación independiente en el movimiento y la calidad de las partículas del evento erosivo.


91

Efecto de los distintos tratamientos sobre el proceso de selectividad de partículas La selectividad de partículas provocadas por la erosión es un aspecto que se conoce desde mucho tiempo atrás (Govers, 1985; Flanagan y Nearing, 2000); en un sentido amplio puede definirse como la capacidad del proceso erosivo para transportar un determinado diámetro de partículas en forma predominante y puede aplicarse tanto a partículas físicas como a los elementos químicos y orgánicos asociados o no asociados a ellas. Se ha observado en numerosos trabajos que la salpicadura y el escurrimiento pueden presentar diferente selectividad (Sutherland et al, 1996; Wan y El Swaify, 1998; Rienzi y Sanzano, 2002; Rienzi y Grattone, 2002). En este caso, la figura 1 muestra que en el Testigo, la salpicadura fue un proceso más selectivo que el escurrimiento, especialmente con las partículas menores a 0,05 mm. En el escurrimiento la selección fue dirigida a los tamaños 0,05 y 0,25 mm, de tal manera que representan el 33 % del total, aproximadamente. Con el uso de enmiendas cálcicas, comienza a predominar una mayor selectividad en el escurrimiento y se produce un cambio en el tamaño de partícula seleccionado, con una mayor preferencia sobre las partículas mayores a 0,05mm en ambos subprocesos. La presencia de la malla en superficie presentó el mismo efecto que la enmienda cálcica, eliminando la diferencia en selectividad de los subprocesos y concentrando la preferencia en las partículas de 0,05 mm y en menor proporción sobre las de 0,25 mm. Debido a que la red plástica en superficie actúa en parte disipando la energía de impacto de las gotas de lluvia, este comportamiento confirma que los mecanismos de la selectividad son dependientes de la energía de la lluvia, como fuera mencionado por Wan y El Swaify (1998) y Rienzi y Sanzano (2002). Figura 1. Selectividad de los subprocesos en los distintos tratamientos en el suelo arenoso de Santa María Consecuencias de la selectividad: cambios provocados en la relación de enriquecimiento (RE). El sedimento producido por la salpicadura en el Testigo presenta valores de enriquecimiento en partículas de 0,025 mm que alcanzan el doble de los valores presentes en el suelo antes de la lluvia. Para las partículas de mayor tamaño (1mm) en cambio, la relación de enriquecimiento se acerca a cero, lo cual implica que la salpicadura o no puede desprenderlas o los agregados son tan débiles que no soportan el impacto de las gotas de lluvia (Figura 2a). En las fracciones intermedias se observó una situación diferente; las partículas de 0,25 mm aumentan su presencia en el sedimento mientras que se mantienen sin cambios las partículas de 0,5 mm. Sutherland et al. (1996) encontraron que en general tanto la salpicadura como el

Figura 1: Selectividad de los subprocesos en los distintos tratamientos del suelo arenoso de Santa María

0%

20%

40%

60%

80%

100%

SA

LPIC

AD

UR

A

ES

CU

RR

IMIE

NTO

SA

LPIC

AD

UR

A

ES

CU

RR

IMIE

NTO

SA

LPIC

AD

UR

A

ES

CU

RR

IMIE

NTO

TESTIGO CON CALCIO CON MALLA

SUBPROCESOS EROSIVOS

PO

RC

EN

TA

JE

1 mm

0,5 mm

0,25 mm

0,05 mm

< 0,05 mm

Po

rcen

taje

(%)

92

escurrimiento presentaban preferencia por las partículas menores a 0.064 mm en un Oxisol de textura arcillosa y además la salpicadura también transportaba partículas de 0, 5 a 1 mm. Las diferencias que se observan para las partículas de mayor tamaño en este caso pueden deberse a las diferentes texturas de los suelos empleados, ya que en el Calciorthid, esos diámetros pueden corresponder a gravillas y no ser transportados o ser agregados tan débiles que no aparecen en el sedimento. Con la enmienda cálcica se logró que las partículas de 0,25 mm disminuyeran la RE de 1,47 a menos de 1; en el resto de los tamaños no se observaron modificaciones. Una causa probable para este comportamiento puede ser la cementación de estas partículas (Chenu, 1992). La malla plástica en superficie en cambio, provocó que los tamaños de partículas de 0,25 mm aumentaran sus RE hasta 2,73 en la salpicadura (Figura 2a). En el caso del escurrimiento en el Testigo (Figura 2b), los valores de enriquecimiento muestran que el sedimento mantiene valores similares al suelo original en los tamaños de 0,025 mm, 0,5 mm y 1mm. Las partículas de 0,25 mm en cambio, muestran un pronunciado enriquecimiento (3,57). La enmienda cálcica aumentó la RE para partículas de 0,025 mm, mientras que para el resto de los tamaños esta relación disminuyó, siendo las partículas de 0,25 mm las que más se redujeron como resultado del tratamiento (Figura 2b). En cambio, el mayor efecto de la red plástica se manifestó con los tamaños de 0,25 y 0,5 mm, aumentando marcadamente la RE; sin embargo, no tuvo ningún efecto con los tamaños inferiores a 0,25 mm, ni con las partículas de 1 mm. Este comportamiento coincide con lo observado por Jin y Römkens (2001) en el sentido de que las trampas de sedimentos en superficie son insuficientes para atrapar partículas de diámetros muy pequeños, porque éstas dependen del movimiento del agua en superficie antes que de la energía de la lluvia.

Figura 3 : Relación de enriquecimiento de

partículas en el escurrimiento del suelo

de Santa Maria para los distintos

tratamientos.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0,025 0,25 0,5 1

Diámetro de partículas (mm)

Rel

ació

n de

en

riqu

ecim

ient

o

RE (suelo desnudo) RE (suelo con malla) RE (suelo con calcio)

Figura 2 : Relación de enriquecimiento

de partículas en la salpicadura del suelo

de Santa María para los distintos

tratamientos.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0,025 0,25 0,5 1

Diámetro de particulas (mm)

Rel

ació

n d

e en

riq

uec

imie

nto

RE (suelo desnudo) RE (suelo con malla)RE (suelo con calcio)

Figura 2. Relación de enriquecimiento de partículas en la salpicadura (a) y en el escurrimiento (b) en el

suelo de Santa María para los distintos tratamientos Efecto sobre los valores de velocidad de infiltración para los tratamientos considerados. En el suelo Testigo, la velocidad de infiltración se modifica en pequeños valores durante el tiempo analizado, llegando a un valor final sin diferencias significativas con el valor inicial (p<0,05%), alrededor de los 20 mm.h-1 (Figura 3). Levy et al (1994) encontraron en un suelo arenoso un valor inicial de 32 mm.h-1 que luego disminuía hasta alcanzar los 8 mm.h-1, mientras que Levy et al. (1986) encontraron un valor inicial de 29 mm.h –1 que disminuía hasta los 24 mm.h –1 Con la malla plástica se encontró que la velocidad de infiltración superaba el valor del Testigo durante todo el evento, manteniéndose cerca de 24 mm.h-1. Este aspecto es de particular interés en los suelos de zonas áridas, por lo que podría ser tomado en cuenta como práctica complementaria cuando se busca la restauración de cobertura vegetal al aumentar la eficiencia de las estructuras destinadas a la colecta de agua. La situación contraria se produjo con la

a) b)


93

aplicación de la enmienda cálcica, observándose que la velocidad inicial de 23,6 mm.h-1 disminuye hasta alcanzar un valor final de 14,7 mm.h-1. Shainberg y Letey (1984) encontraron en suelos de textura arenosa que la velocidad de infiltración permanece constante durante los primeros 10 minutos, situación que fue observada también en nuestros suelos. Cuando le aplicaron una enmienda cálcica, ellos observaron una abrupta disminución en la velocidad de infiltración hasta alcanzar valores cercanos a 8 mm.h-1.

Shainberg (1992) también observó que un suelo arenoso con 5 Mg.ha-1 de yeso disminuyó su velocidad de infiltración de 45 mm.h-1 a 27 mm.h -1. Esto fue provocado por el sello superficial producido por el calcio en estos suelos, lo cual parece ser una situación frecuente; ello puede deberse a que la enmienda induce la formación de agregados con diámetros equivalentes a los poros de conducción, los cuales se obturan con mucha facilidad. En este caso, como sugiere la RE, las modificaciones observadas en las partículas menores a 0,025 mm parecen determinantes de este proceso de sellado, ya que en el Testigo y con la malla plástica estas partículas tienden a permanecer sin cambios. Figura 3. Valores de velocidad de infiltración para las situaciones consideradas CONCLUSIONES − En este trabajo se observó un aumento en las pérdidas totales producidas por erosión hídrica

con los dos tratamientos analizados, conjuntamente con un cambio en la predominancia de los subprocesos de erosión entre surcos; en ambos tratamientos, la participación del escurrimiento fue mucho mayor que la salpicadura en las pérdidas totales.

− La diferencia en selectividad entre los subprocesos erosivos fue eliminada por los tratamientos empleados; con la enmienda cálcica aparece una mayor preferencia sobre las partículas superiores a 0,05 mm, que se repite con la malla plástica, aunque en este caso también se seleccionan en menor proporción las partículas de 0,25 mm.

− A consecuencia del efecto sobre los mecanismos de selectividad, la relación de enriquecimiento en el escurrimiento de partículas de tamaño medio de 0,025 mm aumentó marcadamente con la enmienda cálcica, mientras que disminuyó para el resto de los tamaños de partículas. En cambio, con la red plástica la relación de enriquecimiento aumentó para los tamaños de 0,25 y 0,5 mm pero no tuvo ningún efecto con las otras partículas.

− Los valores de la relación de enriquecimiento de la salpicadura con la aplicación de la enmienda se modificaron muy poco, excepto por la marcada reducción en el tamaño de partículas de 0,25 mm y el aumento en partículas menores a 0,025 mm. Por el contrario, la red plástica en superficie aumentó la RE de partículas superiores a 0,25 mm.

FIGURA 4 : VALORES DE VELOCIDAD DE INFILTRACION PARA LAS SITUACIONES

CONSIDERADAS

0

5

10

15

20

25

30

10 20 30 40 50 60

TIEMPO (minutos)

VE

LO

CID

AD

DE

INF

ILT

RA

CIO

N

( m

m.h-1

)

CON ENMIENDA CALCICA CON MALLA PLASTICA

TESTIGO

Vel

oci

dad

de

Infil

trac

ión

94

− La disminución de los valores de infiltración observados con la enmienda cálcica fue atribuida a las alteraciones observadas en la relación de enriquecimiento de las partículas de 0,25 y menores a 0,025 mm que fueron determinantes en la generación del sello superficial.

− La evidencia de valores sostenidos y relativamente altos en la velocidad de infiltración cuando se empleó una red plástica a pesar de la escasa eficiencia como control de erosión entre surcos, debería ser tenida en cuenta para aumentar las posibilidades de restaurar la cobertura vegetal en los suelos arenosos de ambientes áridos y semiáridos.

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Evolución de algunas propiedades físicas y químicas de un Mollisol asociadas a manejo en cero labranza.

E. Martínez, S. Valle, P. Silva y E. Acevedo Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Agronómicas. Departamento de Producción Agrícola. Laboratorio de Relación Suelo-Agua-Planta. Av. Santa Rosa 11.315, Santiago, Chile. [email protected] INTRODUCCIÓN El cambio de manejo del suelo de labranza tradicional (LT), a una condición de cero labranza (CL) con rastrojos sobre el suelo tiene un período de transición que puede durar varios años en el que se modifican las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo. El aumento en el contenido de materia orgánica del suelo (MOS) en cero labranza, y su influencia sobre otras propiedades del suelo, es uno de los efectos más relevantes que ocurren a largo plazo (Ismail et al., 1994; Reyes et al., 2002). Este se produce por una menor tasa de descomposición asociada al escaso contacto de los residuos con el suelo, a una menor humedad de los residuos y a una menor temperatura dada por el efecto aislante de los rastrojos remanentes sobre la superficie del suelo (Acharya y Sharma, 1994; Hussain et al., 1999). La reacción o pH del suelo disminuye en CL (Sadzawka, 1994). Además, en CL la distribución y disponibilidad de nutrientes puede alterarse debido a la ubicación superficial de los residuos (Franzluebbers y Hons, 1996; Acevedo y Silva, 2003). La hipótesis de esta investigación es que el cambio de manejo del suelo de labranza tradicional (LT) a una condición de cero labranza con rastrojos sobre el suelo (CL) genera cambios agronómicos de relevancia. El objetivo es analizar la evolución de los parámetros químicos y físicos de un suelo (Mollisol de la Zona Central de Chile) para un período de siete años de transición a CL y su efecto en el rendimiento de los cultivos en una rotación trigo-maíz.

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento del que se obtuvieron las muestras de suelo consiste en una rotación trigo-maíz sometida a dos tratamientos de labranza (CL y LT). Este se encuentra ubicado en la Estación Experimental Antumapu de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile, Santiago de Chile (33º40’ S y 70º38’ O). El suelo analizado, de origen aluvial, pertenece a la serie Santiago de la familia franca gruesa sobre arenosa esqueletal, mixta, térmica de los Haploxeroles énticos (CIREN, 1996). El ensayo se manejó con la rotación trigo – maíz durante siete años. Las dos fases de la rotación están presentes todos los años. El trigo en cero labranza se sembró sobre rastrojo de maíz (cultivo anterior) previamente picado y distribuido homogéneamente sobre el suelo. Las siembras de las distintas temporadas se realizaron durante la primera quincena de junio. En labranza tradicional el rastrojo se incorporó con arado de vertedera seguido de dos pases con rastra de disco previos a la siembra. En ambos sistemas de manejo se sembró trigo (Triticum turgidum var. durum). Se fertilizó con 60 kg/ha de N (urea) y 80 kg/ha de P2O5 (superfosfato triple) a la siembra y 90 kg/ha de N (urea) a la aparición del primer nudo del tallo principal. Para el control de malezas, en CL se aplicó glifosato previo a la siembra. En ambos tratamientos se utilizó 2-4 D en macolla para control de malezas de hoja ancha. El maíz de grano cero labranza se sembró sobre rastrojo de trigo, previamente picado y distribuido sobre el suelo. Las siembras de las distintas temporadas se realizaron durante la segunda quincena de septiembre. El cultivo de maíz se fertilizó con 150 kg/ha de N (urea) y 60 kg/ha de P2O5 (superfosfato triple) a la siembra y 100 kg de N (urea) a la aparición de la octava hoja. En ambos tratamientos de labranza se utilizó 2-4 D y EPTC. En CL se aplicó glifosato previo a la siembra. Ambos cultivos y sistemas de labranza se sembraron con una máquina sembradora de CL (Semeato SHM13/15). Se utilizó riego por aspersión regando según balance hídrico del suelo. La ETR se estimó con evaporación de bandeja clase A, multiplicada por un coeficiente de bandeja apropiado y por un coeficiente de cultivo estimado según cobertura del suelo.

96

Muestreo de suelos. Para los análisis químicos de suelo se utilizaron muestras compuestas. Cada muestra compuesta provino de 20 submuestras. El número “n” de submuestras se obtuvo mediante la prueba t de Student. Para los análisis físicos se obtuvieron muestras compuestas de tres submuestras extraídas a tres profundidades (0-2, 2-5 y 5-15 cm) por cada factor a estudiar. Para esto se limpiaron los residuos orgánicos de la superficie del suelo mineral y se extrajo el suelo sin perturbar de cada profundidad con tubos tomamuestras provistos de anillos de 2, 3 y 10 cm de altura. Análisis de Laboratorio En laboratorio se determinó el contenido de MOS a través del carbono orgánico oxidable del suelo (digestión húmeda) por el método de Walkley - Black (Jackson, 1964), nitrógeno (N-NO3), fósforo disponible (Olsen), potasio disponible y pH en agua (Sadzawka, 1990). Determinación de propiedades físicas del suelo. Durante los meses de agosto, septiembre y octubre de 2003 se midió diariamente la temperatura mínima y máxima del suelo a las profundidades antes mencionadas, utilizando un termistor. La estabilidad de los agregados se estimó a través del diámetro ponderado medio de los agregados (DPM) mediante tamizado en húmedo (Baver 1973). La densidad aparente del suelo (Da) se determinó mediante la expresión Da = Ms/Vt, donde Ms es la masa del suelo seco y Vt el volumen total de la muestra. Los datos se analizaron mediante análisis de varianza (ANDEVA) de un diseño experimental de parcela dividida con tres repeticiones y los siguientes factores: años de cultivo (3, 7 años), manejo de suelo (CL y LT), y profundidad del suelo (0-2, 2-5, 5-15 cm). Para tales cálculos se utilizó el programa MSTAT-C (Michigan State University, 1989).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Propiedades físicas. Estabilidad de los agregados. La estabilidad de los agregados evaluada mediante el diámetro ponderado medio (DPM), fue mayor en los tres intervalos de profundidad del suelo en cero labranza (Figuras 1A y 1B). Los agregados son más estables al séptimo año de manejo en cero labranza, pero, en labranza tradicional la estabilidad tiende a disminuir (Figura 1B). El DPM se correlacionó en forma significativa y positivamente con el contenido de materia orgánica (MOS) del suelo (r = 0,78), evidenciándose la función agregante de la MOS. Resultados similares han sido obtenidos por Puget et al. (2000).

Figura 1. Diámetro ponderado medio (DPM) de los agregados en dos sistemas de labranza para cuatro (a) y siete (b) años de manejo.

Temperatura del suelo. La figura 2 muestra que las temperaturas máximas y mínimas medias, registradas durante los meses de agosto, septiembre y octubre del 2003, tuvieron una menor

cdd

b

eefef

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0-2 2 - 5 5 - 15

Profundidad (cm)

DP

M (

mm

)

CL4

LT4

a

b

c

f f f

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0-2 2 - 5 5 - 15

Profundidad (cm)

DP

M (m

m)

CL7

LT7

B A


97

amplitud térmica en CL respecto a LT. A medida que aumentó la profundidad las diferencias de temperatura entre los dos sistemas de manejo se hicieron menores (Figura 2). La temperatura media diaria promediada en el período de colecta de datos en los primeros dos centímetros de suelo fue 2,17ºC superior en labranza tradicional. La temperatura del suelo en los primeros centímetros es determinante de la velocidad de germinación de las semillas de los cultivos, observándose un retraso de cinco días en la emergencia de trigo en cero labranza.

Figura 2. Perfil de amplitud térmica medido de agosto hasta octubre del 2003.

Densidad Aparente. No se encontraron diferencias significativas (p≤0.05) en los sistemas de labranza, años de manejo ni profundidades evaluadas (Figura 3).

Figura 3. Densidad aparente en dos sistemas de manejo de suelos y años de manejo.

Propiedades químicas Materia orgánica del suelo. La figura 4 muestra la evolución de la materia orgánica del suelo de acuerdo al sistema de manejo del suelo y profundidad de muestreo. En el primer intervalo de profundidad la MOS en cero labranza aumentó rápidamente hasta estabilizarse en un nivel cercano al 3,6%. En el segundo intervalo de profundidad en cero labranza, la MOS tuvo una tendencia al aumento. El efecto de acumulación de MOS no se observó a mayor profundidad. La MOS en labranza tradicional no varió en el tiempo y en profundidad. Considerando solamente los cinco primeros centímetros de suelo, se calculó una tasa de secuestro de carbono promedio de 0,5 Mg de C ha-1 año-1.

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12

Profundidad (cm)

Tem

per

atu

ra (

ºC)

CL min LT min CL max LT max

1.3

1.35

1.4

1.45

1.5

1.55

0-2 2 - 5 5 - 15

Profundidad (cm)

Da

(Mg

.m-3

)

CL

LT

98

7,94

7,96

7,98

8

8,02

8,04

8,06

8,08

8,1

8,12

8,14

0 2 4 6 8 10 12

Profundidad (cm)

pH

CL

LT

Figura 4. Evolución de la materia orgánica del suelo. Donde CL1, CL2 y CL3 representan el % de MOS en cero labranza en las profundidades 0-2, 2-5, y 5-15 cm respectivamente. LT1, LT2 y LT3 representan el % de MOS en labranza tradicional en las profundidades 0-2, 2-5, y 5-15 cm respectivamente. Las barras corresponden al error estándar de la media.

Reacción del suelo. La figura 5 muestra el comportamiento del pH en la superficie en cero labranza. A mayor profundidad no existieron diferencias entre sistemas de manejo de suelos. La disminución del pH está asociada al aumento de materia orgánica que ocurre a nivel superficial en cero labranza (Reyes et al., 2002).

Figura 5. pH del suelo en dos sistemas de manejo y profundidad.

Nitrógeno, fósforo y potasio (NPK). El cuadro 1 muestra que los nitratos del suelo fueron mayores en LT que en CL. Tanto en CL como en LT se produce una estratificación de los nutrientes en el perfil de suelo, aumentando en superficie. El mayor nivel de nitratos en LT puede estar asociado a la mayor tasa de mineralización de la MOS inducida por el aumento de la presión parcial de oxígeno que ocurre cuando el suelo es disturbado por el arado (Acevedo y Martínez, 2003), promoviendo la nitrificación del nitrógeno liberado a partir de compuestos orgánicos complejos. El fósforo extraído por el método de Olsen y el potasio disponible fueron mayores en CL, en particular, el fósforo extraíble fue mayor en CL en los primeros dos centímetros del suelo. En el caso del potasio disponible la diferencia fue significativa para los tres intervalos de muestreo. Los residuos de cosecha presentan altas concentraciones de potasio y en menor medida de fósforo. Estos elementos no se volatilizan cuando se mineraliza la MOS. Sin embargo, en LT tanto el potasio como el fósforo son menores que en CL debido a un efecto de dilución que se produce al incorporar los residuos de cosecha en un volumen de suelo mayor al muestreado (hasta 25 cm cuando se emplea arado de vertedera).

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8

AÑOS DE MANEJO

% M

OS

CL1

CL2CL3

LT1LT2

LT3


99

Cuadro 1. Manejo del suelo y nutrientes

Profundidad (cm) Cero labranza Labranza

tradicional 0 - 2 38,129 b 81,179 a N-NO3 2 - 5 19,762 d 27,325 cd (mg.kg-1) 5 - 15 23,175 d 32,908 bc 0 - 2 26,52 a 18,62 b P Olsen 2 - 5 14,24 c 11,6 cd (mg.kg-1) 5 - 15 10,44 de 8,342 e 0 - 2 288,9 a 179,1 c K disponible 2 - 5 211,6 b 136,9 d (mg.kg-1) 5 - 15 189,4 bc 127,6 d

Rendimientos El cuadro 2 muestra que cuando se utilizan las mismas prácticas de fertilización los rendimientos de trigo y maíz tienden a disminuir conforme transcurren los años de manejo en CL. Además, el valor absoluto del diferencial de rendimientos aumentó en magnitud en el tiempo. La disminución de los rendimientos en el tiempo en cero labranza puede deberse al menor nitrógeno disponible (N-NO3). Considerando que en el experimento se utilizó el mismo manejo agronómico, salvo por el sistema de labranza, es probable que aumentando la cantidad de nitrógeno inorgánico fertilizante en CL se obtengan rendimientos similares a LT.

Cuadro 2. Rendimientos de trigo y maíz (qq / ha) en rotación en dos sistemas de manejo de suelo.

CULTIVO TEMPORADA SISTEMAS DE LABRANZA CL LT ∆ (CL – LT) TRIGO 2000-2001 57,0 49,3 7,7 2001-2002 41,7 45,3 -3,6

2002-2003 48,6 59,9 -11,3

MAÍZ 2000-2001 131,9 150,0 -18,1

2001-2002 122,0 153,3 -31,3

2002-2003 114,3 180,1 -65,8

CONCLUSIONES

− La transición entre un sistema de labranza tradicional a cero labranza puede extenderse por varios años hasta que el suelo alcance un nuevo nivel de equilibrio. En este período el hecho de no labrar el suelo y dejar los rastrojos sobre él determina cambios en las propiedades del suelo con consecuencias agronómicas.

− La disminución de los rendimientos experimentados en cero labranza no puede considerarse una condición propia del sistema de labranza, debido a que en el experimento se utilizó el mismo manejo agronómico.

− El análisis de los datos no entregó una relación clara entre las propiedades del suelo y el rendimiento de los cultivos, haciéndose necesario continuar con investigación específica orientada a los cambios experimentados en aspectos físicos y mecánicos del suelo.

− La tasa de acumulación de carbono en el suelo de 0,5 mg ha-1año-1 puede constituir a la cero labranza como una tecnología sustentable que puede secuestrar C cuando los suelos han sido previamente labrados en forma intensiva.

100

REFERENCIAS

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Sadzawka A. 1994. Cero Labranza y características químicas del suelo. Serie Carillanca. 43.: 1-12.

Trabajo financiado por el proyecto FONDEF D99I 1081


101

Condiciones físicas de un suelo bajo diferentes sistemas de labranza y su efecto sobre el comportamiento de cultivos y

malezas en la Altillanura colombiana Irlanda Isabel Corrales A., Edgar Amézquita C., Mariela Rivera y Luis F. Chávez Centro Internacional de Agricultura Tropical. Unidad de Suelos y Plantas. Cali, Colombia. [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]

INTRODUCCIÓN Las sabanas tropicales cubren alrededor del 43% de las planicies de América Latina con un área de 243 millones de hectáreas. Estas son tradicionalmente utilizadas para ganadería extensiva de baja productividad (Vera y Seré 1985). Los Llanos Orientales de Colombia cubren una extensión aproximada de 17 millones de ha, la zona de Altillanura ocupa 9.823.000 ha comprendidas por paisajes de Altillanura plana, Altillanura ondulada y Serranía. La Altillanura plana ocupa 3.5 millones de ha y por su relieve, es la zona de los Llanos Orientales más favorable para la agricultura, aparte del piedemonte (Rippstein et al., 2001). Dada la intensificación agrícola con cultivos de maíz, soya, sorgo etc., en los últimos años surge en esta región de Colombia la necesidad de desarrollar estudios de investigación que conduzcan al manejo más adecuado de estos suelos haciéndolos más productivos de una manera racional y manteniendo estas características estables en el tiempo para evitar su degradación, dada la vulnerabilidad de sus propiedades físicas y químicas. Durante 1993 al 98 se desarrolló en el Centro de Investigación Carimagua – Puerto Gaitán – Meta – Colombia, un experimento a largo plazo denominado Culticore Fase I y cuyo propósito fue desarrollar mediante el uso de varios modelos una comprensión mecanicística de los procesos químicos, físicos y biológicos del suelo sobre sistemas agropastoriles y cultivos secuenciales en los Llanos Orientales de Colombia. La producción de los cultivos, la optimización de las fertilizaciones, el ciclo de nutrientes, las propiedades de los suelos, y la presión biótica de las malezas, forman el contenido temático de los experimentos. Varios trabajos satélites con naturaleza más estratégica se condujeron colateralmente con estos experimentos y apuntaron al mejoramiento de la comprensión de los procesos claves para la producción sostenible y el desarrollo de indicadores de sostenibilidad por ej: el monitoreo de la calidad del suelo a través del tiempo, ciclos de nutrientes mediante monitoreos de hojarasca, residuos de cosecha, excretas de ganado, biomasa microbial, transformaciones del fósforo, propiedades físicas del suelo, dinámica y actividad de la macrofauna del suelo. Las sabanas nativas son utilizadas como controles o puntos de referencia para comparar los sistemas de cultivos con los agropastoriles. En el 2000 se decide determinar si el mejoramiento conseguido durante la Fase I es suficiente para soportar la siembra directa dado el gran auge que se está dando a esta práctica ya que se considera a la Altillanura Colombiana muy similar en sus condiciones físicas y químicas con los Cerrados Brasileros. La segunda Fase de este experimento busca crear condiciones más favorables para el desarrollo de las plantas en estos suelos bajo el claro concepto de la formación de una capa arable con unas condiciones químicas, físicas y biológicas mejoradas antes del establecimiento de prácticas como la siembra directa tomando como base que mediante la utilización de prácticas agrícolas se pueden crear unas condiciones mas agradadas de estos suelos de acuerdo a las experiencias obtenidas en la Fase I de este experimento.

MATERIALES Y MÉTODOS Localización clima y suelo. Este trabajo se desarrolló entre CIAT-CORPOICA (Centro Internacional de Agricultura Tropical y la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria) en el Centro de Investigación Carimagua en las sabanas isohipertérmicas bien drenadas de los Llanos Orientales de Colombia (4o 37'N y 71o 19'W y una altitud de 175 m.s.n.m.). Un promedio anual de precipitación y temperatura de 2280 mm y 26oC, respectivamente, con una estación seca de Noviembre a Marzo. Los suelos son de dos tipos: predominantemente de baja fertilidad Oxisoles en las sabanas altas y Ultisoles en las sabanas bajas con pH 4.5, valores bajos de Ca, Mg y K intercambiables y una alta saturación de Al de más del 90% (Jiménez y Thomas, 2001).

102

Este experimento empleó materiales de arroz de secano altamente tolerables a saturaciones elevadas de aluminio y condiciones de acidez del suelo, como el Orizica sabana 10, Orizica sabana 6 y un material precoz de 90 días, denominado línea 30, y en maíz materiales que toleran saturaciones de aluminio de alrededor de 40-60% como SiKuani V110 y el híbrido H108. En la Fase I de este experimento se utilizó el concepto de alta cal y baja cal para arroz y maíz, respectivamente. En el caso de arroz se utilizaron 500kg.ha-1 de cal para satisfacer necesidades de Ca y Mg y para maíz 2000 kg.ha-1 para reducir la saturación de Al hasta niveles permisibles para los materiales tolerantes de maíz. En la Fase II, se utilizaron rotaciones de arroz-soya y maíz-soya bajo sistemas de siembra directa y labranza reducida (cincel rígido) y 300 kg.ha-1 de cal dolomita para satisfacer los requerimientos de Ca y Mg. Monitoreo. En el 2000 se realizaron muestreos finales de suelos en el Culticore Fase I con el propósito de conocer el estado en que se encontraba cada uno de los tratamientos después de 5 años en sistemas agropastoriles. Para la parte física se realizaron pruebas de penetrabilidad en condiciones de humedad cercanas a capacidad de campo mediante la utilización del penetrógrafo de cono, resistencia al corte tangencial mediante el torcómetro. También se tomaron muestras en cilindros para densidad aparente, conductividad hidráulica, permeabilidad al aire, susceptibilidad a la compactación. La infiltración se determinó mediante la utilización de anillos concéntricos. En este trabajo se mostrarán los datos de penetrabilidad, resistencia al corte, densidad aparente e infiltración, así como datos de pH, saturación con Al, y Fósforo, Calcio, Magnesio, Potasio. Durante el 2000 – 2002 se avaluaron los rendimientos de arroz y maíz, dinámica de malezas y desarrollo de raíces como un reflejo de algunas de las características adquiridas por estos suelos después de estar bajo diferentes sistemas de cultivos con relación a la sabana nativa, en sistemas de labranza cero y reducida (cincel rígido). Para la evaluación de malezas y raíces de los cultivos se utilizó el método del transecto y tablas con puntillas respectivamente en la época de floración de los cultivos. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Fase I, se observó que la densidad aparente en los sistemas de arroz-caupí abono verde y maíz-soya abono verde son menores respecto a los otros tratamientos por los menos en los primeros 20cm (1.10 – 1.15 Mg.m-3), a partir de esta profundidad la densidad se incrementa hasta obtener valores similares a la sabana nativa (1.2 – 1.3 Mg.m-3). En arroz la resistencia mecánica del suelo es a ir aumentando los valores con la profundidad, observándose este comportamiento en todos los tratamientos. Iniciando con valores entre 1.5 – 2.0 MPa para las primeras profundidades llegando a valores promedios de 4 MPa entre los 50 - 60cm de profundidad. Se observa claramente que desde los 10 cm de profundidad se empieza a tener limitaciones para el desarrollo de raíces, teniendo en cuenta que un valor de 2.7 MPa es considerado como límite crítico para la penetración de raíces en cultivos comerciales. Los tratamientos que registran mayores valores de resistencia a la penetración son las pasturas, lo que indica que el pisoteo del ganado ha ocasionado una reducción del volumen del suelo. Con relación a la sabana nativa, los tratamientos basados en maíz han sido beneficiosos por que han disminuido los valores de resistencia a la penetración, posiblemente por que han aportado al suelo un sistema de raíces más fibroso (Figuras 1 y 2). La resistencia al corte tangencial muestra claramente valores bastante altos que superan los niveles críticos de resistencia de 40 kPa, ubicándose todos los tratamientos en valores altos, muy altos y extremadamente altos para el desarrollo de raíces. Esto indica que estos suelos a pesar de los tratamientos que han tenido aun presentan ciertas restricciones para el desarrollo de raíces. Estos resultados son corroborados con los datos de penetración. La infiltración acumulada en los tratamientos de maíz monocultivo, maíz –soya grano y maíz-soya AV es mas alta con relación a los tratamientos de arroz, pasturas y la sabana nativa, lo que indica que se ha logrado mejorar esta propiedad que tiene relación con la acumulación de agua y que es considerada como un estimador de la salud del suelo (Figura 3).


103

En los tratamientos de maíz se registraron valores de infiltración acumulada máximas entre 30 – 60cm durante dos horas comparados con los valores obtenidos en sabana, arroz y pasturas que oscilaron entre 5 y 15cm. La aplicación de cal no modificó prácticamente el pH, dada la gran capacidad amortiguadora de estos suelos. La saturación de Al se redujo en los tratamientos de maíz hasta un nivel aceptable para la siembra de los materiales tolerantes y puede decirse que estos niveles de saturación han permanecido bajos durante los cinco años pese a que la aplicación de los 2000 kg.ha-1 de cal para maíz solo se realizó en la fase de establecimiento, lo que nos sugiere la residualidad y permanencia de esta fuente en el tiempo. Los tratamientos de cultivos son los que registraron mayores contenidos en P, K, Ca y Mg con relación a la sabana nativa, sobre todo en los tratamientos de maíz se hace más notorio. Para el caso específico del P se observan diferencias entre tratamientos tanto en arroz como en maíz que estadísticamente no son diferenciadas debido a la alta variabilidad entre las repeticiones en las profundidades 5-10 y 10-15cm, debido posiblemente a que el método estadístico empleado no sensibiliza ciertas condiciones que se

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0

10

20

30

40

50

60

Arroz monocultivoArroz - Caupi

Arroz - Ab/verde Sabana nativaArroz - pasto

kf /cm 2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Pro

f. (c

m)

0

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20

30

40

50

60

Arroz monocultivoArroz - Caupi Arroz - Ab/verde

Sabana nativaArroz - pasto

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

10

20

30

40

50

60

Maiz monocultivoMaiz - soyaMaiz - Ab/verdeSabana nativaMaiz - pasto

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Pro

f . (c

m)

0

10

20

30

40

50

60

Maiz monocultivoMaiz - soyaMaiz - Ab/verdeSabana nativaMaiz - pasto

kf/cm 2

Figura 1. Resistencia a la penetración en los tratamientos basados en arroz. Culticore, Llanos Orientales, Colombia 2000

Figura 2. Resistencia a la penetración en los tratamientos basados en maíz. Culticore, Llanos Orientales, Colombia 2000

Tiempo (minutos)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Infi

ltra

ció

n a

cum

ula

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)

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Arroz monocultivoArroz+Caupí granoArroz+Caupí AVSabana NativaPastura B. humidicolaMaíz monocultivoMaíz+Soya granoMaíz+Soya AVSabana NativaPastura P. maximum

Figura 3. Infiltración acumulada registrada en los tratamientos del Culticore. 2000

1.10-1 MPa

1.10-1 MPa

104

presentan en campo en cuanto al efecto que han tenido los tratamientos en la distribución de este elemento en el suelo comparado con la sabana nativa y la pastura. Rendimientos en Fase II. Se presentaron diferencias significativas entre tratamientos no solo para los rendimientos obtenidos en arroz sino para los de maíz, observándose los mayores rendimientos de grano para el 2000 en el tratamiento 10 (Pastura de P. maximum), seguida por los tratamientos de cultivos. En el 2001 se observó que los mayores rendimientos de arroz y maíz se presentaron en el tratamiento de maíz – soya AV con 2478 y 4191kg. ha-1 respectivamente. Los rendimientos de arroz bajo labranza cero se mantuvieron por encima de la labranza con cincel hasta el segundo año, pero estos se vieron reducidos en su tercer año, con relación a los rendimientos de maíz los cuales se redujeron desde el segundo año de siembra directa en la labranza cero respecto a la labranza con cincel, lo cual nos indica que el maíz es más sensible a los cambios que se están presentando en el suelo. Malezas en arroz y maíz. Todos los tratamientos presentaron una cantidad y diversidad de malezas considerable en todos los tratamientos, especialmente los que venían de cultivos, sobre todo de especies como Digitaria horizontalis, Emilia sonchifolia y Borreria capitata lo que nos está indicando que además de crearse condiciones del suelo más favorable para los cultivos también estas condiciones están favoreciendo para que se establezcan especies que normalmente no se encuentran en la sabana nativa de forma abundante. En la sabana nativa se registran coberturas de Emilia sonchifolia y Borreria capitata de 0.29 y 0.14% respectivamente (Rippstein et al 2001) En arroz no se presentaron diferencias por cobertura de malezas entre labranza cero y con cincel y su abundancia osciló entre 40 – 50%. En maíz no se presentaron diferencias entre labranzas para el primer año pero si para el 2002 y la cobertura total de malezas se incrementó considerablemente de 30% obtenido en el 2001 al 60% en el 2002 (Figuras 4 y 5). No se presentó una alta correlación entre rendimientos y cobertura de malezas, posiblemente a que todos los tratamientos se encontraban infestados en mayor o menor proporción, aunque se obtuvieron correlaciones negativas que indican que en la medida en que estas especies incrementen sus poblaciones los rendimientos de los cultivos irán decreciendo, sobre todo para especies comunes a los dos cultivos y que registraron altas coberturas como Digitaria horizontalis, Emilia sonchifolia, Borreria capitata con 30, 15 y 5%, respectivamente. Desarrollo de raíces. El sistema de raíces de maíz desarrollado en la sabana nativa es poco abundante y su profundidad no superó los 10 cm, comparados con el desarrollo de raíces obtenida en los tratamientos con cultivo, especialmente de maíz, donde el sistema de raíces fue más abundante y profundo superando en muchos casos los 30cm. Esto indica que un suelo de sabana con condiciones físicas y químicas muy restringidas, al cabo de cinco años bajo sistemas de cultivos como el maíz ha presentado unas condiciones más agradadas para el establecimiento de cultivos como el maíz (Fotos 1, 2, 3 y 4).

cincel y labranza cero en elCulticore. CI Carimagua

0

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2001 2002

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Co

ber

tura

(%)

Cero Cincel

a a a a

0

10

20

30

40

50

60

70

2001 2002

Año

Co

ber

tura

(%)

Cero Cincel

aa

ab

0

10

20

30

40

50

60

70

2001 2002

Año

Co

ber

tura

(%)

Cero Cincel

aa

ab

Figura 4. Cobertura de malezas en arroz en el Culticore, promedios seguidos con la misma letra no difieren significativamente (P<0.05). CI Carimagua - Meta

Figura 5. Cobertura de malezas en maíz en el Culticore, promedios seguidos con la misma letra no difieren significativamente (P<0.05). CI Carimagua - Meta


105

En la figura 6 se observa una alta relación entre los rendimientos de maíz y la profundidad de enraizamiento lo que indica que en la medida en que se logre una mayor profundidad de raíces que estén en capacidad de explorar para extraer nutrientes del suelo se pueden alcanzar altos rendimientos en los cultivos. Para el caso particular de maíz si al menos se logra obtener de 28 – 30cm de profundidad de raíces se puede alcanzar rendimientos de aproximadamente 4000kg.ha-1.

Fuente: Edgar Amézquita

Foto 1. Raíces de Sabana nativa

Fuente: Irlanda Isabel Corrales Foto 2. Desarrollo de raíces de Maíz en sabana nativa

Fuente: Irlanda Isabel Corrales Foto 4. Desarrollo de raíces de Maíz en labranza cincel después de pastura de P. Maximum por cinco años establecida con base en maíz – pastos.

Fuente: Irlanda Isabel Corrales Foto 3. Desarrollo de raíces de Maíz en labranza cero después de Maíz-Soya AV por cinco años.

Profundidad de raíces (cm)

10 20 30 40

Pro

ducc

ión

de m

aíz

( kg

ha-1

)

0

1000

2000

3000

4000

5000

Labranza cero

Cincel

x-xoy = a

1 + e b

r2 = 0.99

Profundidad de raíces (cm)

10 20 30 40

Pro

ducc

ión

de m

aíz

( kg

ha-1

)

0

1000

2000

3000

4000

5000

Labranza cero

Cincel

x-xoy = a

1 + e b

x-xoy = a

1 + e b

r2 = 0.99

Figura 6. Producción de maíz (kg.ha-1) vs. profundidad de enraizamiento (cm), en labranza cero y con cincel. Culticore, Llanos Orientales, 2000.

106

CONCLUSIONES - Los tratamientos que se basaron en maíz durante la Fase I fueron los que presentaron mayores

rendimientos de arroz y maíz en la Fase II, dada las mejores condiciones de estos suelos para su establecimiento comparados con la sabana y pasturas.

- Los rendimientos de arroz en labranza cero parecen ser más estables en el tiempo que los de maíz, ya que los rendimientos de maíz labranza cero declinaron en el segundo año con relación a la labranza con cincel.

- Las especies que predominaron en los cultivos de arroz y maíz fueron Digitaria horizontalis, Emilia sonchifolia y Borreria capitata, especies que pueden llegar a reducir drásticamente los rendimientos en la medida que eleven sus poblaciones.

- Se presentó un mejor desarrollo de raíces en cuanto a su abundancia y profundidad en el suelo en los tratamientos basados en cultivos lo que indica que el suelo posee mejores condiciones químicas y físicas comparadas con la sabana nativa.

- Se observó alta relación entre los rendimientos y profundidad de enraizamiento (r2 = 0.99), lo que indica que hay una respuesta positiva sobre los rendimientos en la medida que las condiciones del suelo se vayan mejorando tanto química como físicamente para un mejor desarrollo de raíces de los cultivos.

- Se debe trabajar más para tratar de incorporar estas condiciones favorables mínimo en una profundidad de 0 – 30 cm, siendo necesario desarrollar estrategias para mantener y mejorar estas condiciones las cuales pueden incluir investigación sobre materiales vegetales de doble propósito para colocar material en superficie y dentro del suelo.

REFERENCIAS Jiménez J. J.; Thomas, R. J. 2001. Nature’s Plow: Soil Macroinvertebrate communities in the

neotropical savannas of Colombia. Cali, Colombia. Centro Internacional de Agricultura Tropical. In: Jiménez, J.J., Rossi, J.P., and Lavelle P. Spatial Distribution of earthworms in acid-soil savannas of the eastern plains of Colombia. pp 104 - 120.

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Vera Raúl R.; Seré R. 1985. Sistemas de Producción Pecuaria Extensiva: Brasil, Colombia, Venezuela: Informe Final Proyecto ETES – Estudio Técnico y Económico de Sistemas de Producción Pecuaria 1978 – 1982. Cali, CO: Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), pp 433 – 450


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Efecto de la sustitución de campo natural por plantaciones forestales sobre el escurrimiento ocasionado

por tormentas en Uruguay Luis Silveira1, Leticia Martínez2 y Jimena Alonso1 1Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA), Facultad de Ingeniería, Universidad de la República, Uruguay, [email protected] 2Dpto. de Suelos y Aguas, Facultad de Agronomía, Universidad de la República, Uruguay. [email protected]

INTRODUCCIÓN

Los procesos de deforestación y reforestación representan, a escala global, la modificación del uso de la tierra más significativa, tanto por la superficie afectada como por la incidencia sobre los procesos hidrológicos (Calder, 1992). En Uruguay, el uso tradicional del suelo ha experimentado modificaciones al amparo de la Ley Forestal Nº 15.939, resultando en un incremento de la superficie afectada a la actividad forestal, principalmente eucaliptos y pinos, que pasó de 45.000 hectáreas en 1990 a 750.000 hectáreas en 2002, representando el 21,4% del territorio de prioridad forestal. La forestación industrial, en un país agrícola ganadero, donde las plantaciones forestales en gran escala representan para la comunidad y la opinión pública un elemento nuevo en la vida nacional (Panario, 1991; Lima, 1997), ha creado preocupación en la sociedad y en las instituciones nacionales respecto a su impacto sobre los recursos naturales, en particular aguas y suelos. Uruguay participa del Proceso de Montreal (1993), que tiene por propósito realizar el seguimiento de Criterios e Indicadores de Manejo Forestal Sustentable. Uno de estos criterios refiere a la “conservación y mantenimiento de los recursos suelo y agua”, con indicadores como el impacto sobre la cantidad y calidad de las aguas y la erodabilidad de los suelos, aspectos éstos que se abordan en el “Proyecto de instalación de microcuencas experimentales para el estudio del impacto ambiental y monitoreo de programas de forestación con eucaliptos en el Uruguay”, que llevan adelante las Facultades de Agronomía e Ingeniería de la Universidad de la República, encomendado por la Dirección General Forestal del Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca (MGAP). Sucintamente, los objetivos generales del proyecto son los siguientes: i) establecimiento de un programa de investigación y monitoreo ambiental en el ámbito de las plantaciones de eucaliptos a gran escala; ii) búsqueda de indicadores del manejo sustentable de las plantaciones forestales; iii) instalación de microcuencas experimentales con plantaciones de eucaliptos y sus respectivas microcuencas testigos con campo natural por cobertura vegetal; iv) monitoreo continuo del impacto de las plantaciones forestales sobre el régimen hídrico (cantidad y calidad) y propiedades de los suelos, medido como impacto relativo a la situación natural bajo pastura para uso ganadero; y v) obtención de información que pueda servir para mejorar las prácticas de manejo forestal y disminuir el impacto ambiental. En este trabajo se presentan los fundamentos conceptuales y metodológicos de la investigación; una descripción de las instalaciones dispuestas, en el Departamento de Tacuarembó, para el monitoreo de los procesos hidrológicos; y se centra en la metodología utilizada para medir el impacto de las plantaciones de eucaliptos sobre la escorrentía, tomando como medida de comparación una microcuenca testigo, con campo natural para uso ganadero por cobertura vegetal; y documenta avances preliminares de la investigación resultantes de procesar datos correspondientes al período de monitoreo 2000 - 2002. Una premisa básica para adoptar la instalación de microcuencas experimentales como herramienta de estudio consiste en aceptar que las actividades que modifican el uso del suelo, en este caso particular la plantación forestal con eucaliptos, causan algún efecto sobre los recursos hídricos, produciendo cambios en la cantidad y calidad, así como sobre las principales propiedades de los suelos, características asociadas y erodabilidad; factores éstos que pueden identificarse como indicadores del impacto a mediano y largo plazo de los programas de forestación (Swank y Johnson, 1994). El incipiente monitoreo ambiental, como parte de los programas de forestación en gran escala en Uruguay, se enfoca no sólo para evaluar la calidad ambiental del manejo forestal adoptado en un

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instante y sitio determinado, sino también como herramienta para obtener información que posibilite permanentemente mejorar las prácticas de manejo forestal, propendiendo la sustentabilidad. MATERIALES Y METODOS Este documento abarca aquellos componentes del proyecto que refieren al análisis de los efectos de la forestación con eucaliptos sobre los recursos hídricos en cuanto a cantidad, medido como impacto relativo a la condición natural de suelos bajo pasturas para uso ganadero. La metodología adoptada consiste en la comparación de cada uno de los procesos que participan del ciclo hidrológico y, en particular, la redistribución de la precipitación incidente sobre el monte de eucaliptos (Iroumé y Huber, 2000); análisis del escurrimiento en tormentas; y determinación del balance hídrico mensual, estacional y anual. En particular, atendiendo a la información actualmente disponible, el presente trabajo se centra en el análisis comparativo de la escorrentía en tormentas y escorrentía mensual en aquellos meses en que se cuenta con datos completos en ambas microcuencas. A efectos de facilitar el análisis comparativo, el criterio fundamental adoptado para seleccionar el cierre de las microcuencas ha sido imponer igualdad de tiempos de concentración. En efecto, este parámetro ha prevalecido sobre el parámetro área en la selección del sitio de cierre, puesto que igualdad de áreas y tiempos de concentración diferentes producirían para un mismo evento hidrogramas con diferente tiempo pico y tiempo base, y la consideración de diferentes duraciones de lluvia en la generación del caudal pico, lo que dificultaría el análisis comparativo. Por consiguiente, adoptado el criterio de iguales tiempos de concentración, la diferencia en área de las microcuencas, que sólo afecta la magnitud del caudal pico y no la forma del hidrograma, se toma en cuenta manejando caudales pico específicos (caudales por unidad de área) y escurrimientos específicos (lámina de escurrimiento por unidad de área). Área de estudio A partir de la selección de predios forestados, realizada por la Contraparte de la Dirección General Forestal, se identificaron un total de 70 microcuencas en las zonas de prioridad forestal más relevantes del país. Estas microcuencas se caracterizaron, con información predial e identificación de las correspondientes fotos áreas, por parámetros físicos e hidrológicos habituales en estudios hidrológicos. Seguidamente, en base al análisis realizado, se visitaron los sitios más favorables, seleccionándose finalmente dos microcuencas en el Departamento de Tacuarembó, establecimiento “La Abuelita”, al que se accede en el km 363 de la Ruta 5, en la zona centro-norte del país. En el cuadro 1 se presentan los parámetros físicos más relevantes y los tiempos de concentración de ambas microcuencas, calculados según el método de Kirpich (1940). Cuadro 1. Parámetros físicos e hidrológicos de las microcuencas seleccionadas

Parámetro Microcuenca forestal

Microcuenca testigo (Campo natural)

Área (ha) 60.8 102.7 Pendiente media de la microcuenca (%) 9.1 10.7 Longitud del cauce principal (km) 1.3 1.2 Pendiente del cauce principal (%) 2.5 2.9 Tiempo de concentración (min) 20 19 Coordenadas del cierre: X,Y (UTM) (476.8 , 6468.3) (474.3 , 6468.1) La caracterización de las cuencas se completó con la elaboración de una serie de mapas en escala 1:10.000, comprendiendo curvas de nivel a intervalos de 2.5 metros, suelos, geología y vegetación. Los suelos dominantes de la cuenca son del tipo Luvisol Ocríco e Inceptisol Umbrico, mientras que la geología del área se compone de rocas del Triásico Jurásico asociadas a la Formación Tacuarembó; estas rocas a su vez están parcialmente recubiertas por lavas de edad Cretácico Inferior, básicas, de la Formación Arapey. La vegetación, como se ha señalado, está constituida por plantaciones forestales de Eucaliptos grandis en una de las microcuencas y campo natural para uso ganadero en la microcuenca testigo.


109

Instrumentación Atendiendo a los procesos hidrológicos que intervienen en el régimen hídrico de una microcuenca forestal, la instrumentación consta de: una estructura de cierre similar al cuerpo de una pequeña presa de tierra, provista en la zona central con un vertedero de cresta delgada, de tipo combinado triangular - rectangular, con capacidad para registrar caudales en el rango 0 - 14 m3.s-1 (correspondiente a un período de retorno estimado de 25 años), un limnígrafo electrónico de boya; dos pluviómetros; instrumental para medida de la redistribución de la precipitación (es decir, escurrimiento fustal, precipitación directa a través de la copa de los árboles e intercepción); baterías de tensiómetros y tubos de acceso para sonda de neutrones para la determinación de la evolución del agua en el suelo; y tres piezómetros para el monitoreo de la variación del nivel de la napa freática. La instrumentación de la microcuenca testigo, con pastura natural, consta de: una estructura de cierre similar al descrito para la cuenca forestal, un limnígrafo electrónico de boya; una estación meteorológica que comprende: un pluviógrafo electrónico, un pluviómetro, un tanque evaporímetro tipo "A" y un gabinete para termómetros equipado con un juego de termómetros de máxima y mínima y un psicrómetro de mano para medida de humedad relativa; baterías de tensiómetros y tubos de acceso para sonda de neutrones para la determinación de la evolución del agua en el suelo; y dos piezómetros para el monitoreo de la variación del nivel de la napa freática. Puesto que el proyecto de investigación también comprende el estudio del impacto de la forestación sobre la calidad de las aguas de lluvia y aguas en cauce, y procesos de pérdida de suelo, la instrumentación de las microcuencas incluye: red de muestreo de aguas de lluvias, torres de muestreo de sedimentos en suspensión en cauce, y parcelas de escurrimiento. El proyecto también abarca estudios comparativos y evolución de las propiedades de los suelos (Durán et al., 2001). La instrumentación se ha implementado progresivamente durante la primera mitad de 2000. El bosque fue implantado en forma integra en la primavera del año 1993, contando por tanto con 7 años de edad al inicio del presente estudio, y una densidad de 1200 árboles por hectárea. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados que se presentan a continuación se centran en el análisis de tormentas registradas en el período comprendido entre el 1º de junio de 2000 y el 31 de agosto de 2002, fecha ésta última en que se suspendió momentáneamente el programa de monitoreo. Los datos de altura limnimétrica registrados en cada una de las microcuencas se transformaron a datos de caudal aplicando la relación altura-caudal vertido, determinada en laboratorio mediante la implementación de un modelo físico con el que se calibró la zona de transición entre el vertedero triangular y el vertedero rectangular (Durán et al., 2001). En la figura 1 se muestra, para las tormentas identificadas en el período considerado, la correlación existente entre los escurrimientos específicos medidos en campo natural y monte de Eucaliptos grandis, expresados en mm, a efectos de prescindir de las diferencias existentes en superficie entre una microcuenca y otra. El escurrimiento en la microcuenca forestal se reduce en un 64% respecto a la escorrentía en la microcuenca en campo natural. La función objetivo propuesta por Nash y Sutcliffe (1970), con coeficiente R2 = 0,89, próximo a uno, indica un buen ajuste entre ambas series de datos. La figura 2 expresa la correlación existente entre los correspondientes caudales pico específicos medidos en campo natural y en monte de Eucaliptos grandis, expresados en m3.s-1.km-2. La correlación lineal que pasa por el origen de coordenadas muestra que los caudales pico específicos en la microcuenca forestal representan solamente un 22 % del correspondiente caudal pico registrado en la microcuenca en campo natural, representando por lo tanto una reducción de 78 %. También en este caso se obtiene un coeficiente R2 = 0,74, que indica un buen ajuste entre ambas series de datos. Los resultados obtenidos en ambas correlaciones confirman los obtenidos inicialmente, al procesar tormentas registradas solamente en el año 2000 (Silveira et al., 2002). No obstante, cuando se relacionan los escurrimientos superficiales entre dos tipos de coberturas vegetales tan diferentes, como campo natural y Eucaliptos grandis, debe tenerse presente la magnitud de la precipitación registrada que da lugar a estos eventos. En este caso particular se observa que los datos de precipitación diaria registrados varían entre 7 a 64 mm por día para el período considerado y, por lo tanto, corresponden a tormentas con períodos de retorno bajos, que son justamente los que en mayor medida se ven afectados por la reducción de los aportes de lluvia a

110

nivel del suelo por el efecto de la intercepción debida a las copas de los árboles (Iroumé y Huber, 2000). Esta precisión es sumamente importante puesto que en la región no son infrecuentes eventos de precipitación que alcanzan o superan los 150 mm por día. Por consiguiente, se comprende que las conclusiones que puedan extraerse en esta etapa de avance de la investigación están sujetas a las limitaciones que impone la información procesada actualmente disponible.

Caudales mensuales

y = 0.4656x

R2 = 0.6884

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100 120 140Caudal específico pastura (mm)

Cau

dal e

spec

ífico

for

esta

l (m

m)

Figura 1. Relación entre caudales específicos (mm por mes) en campo natural (pastura) y en plantación de Eucaliptos grandis

y = 0.222xR

2 = 0.7404

0.0

0.3

0.5

0.8

1.0

1.3

1.5

1.8

2.0

2.3

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

Qpico pasturas (m3/s.Km 2)

Qpi

co fo

rest

al (

m3 /s

.Km

2)

Figura 2. Relación entre caudales picos (Qpico) específicos escurridos en campo natural (pasturas) y en plantación de Eucaliptos grandis

CONCLUSIONES

− Las microcuencas experimentales instaladas constituyen un laboratorio natural por excelencia, permitiendo estudios cuantitativos del efecto integrado de los procesos hidrológicos y, en un futuro, el análisis de diferentes prácticas de manejo forestal, según lo proponen Moldan y Cerny (1994).


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− El proyecto constituye un primer eslabón hacia el conocimiento del impacto ambiental de los programas de forestación con eucaliptos en el Uruguay y la búsqueda de información/indicadores de manejo sustentable, para corregir y mejorar las prácticas de manejo forestal. Conviene señalar, no obstante, que la investigación se encuentra en una fase inicial, en la que se cuenta con algo más de dos años de monitoreo, con huecos de información debidos fundamentalmente a aspectos relacionados con la financiación del programa, pretendiéndose abarcar al menos un período que se extienda algunos años más allá del primer corte.

− En la etapa actual del proyecto se observa que la escorrentía específica en tormentas se reduce en la microcuenca forestada con Eucaliptos grandis en 64% respecto a la escorrentía específica en la microcuenca en campo natural.

− Los caudales pico específicos asociados a las tormentas analizadas representan, en la microcuenca forestal, una reducción promedio del 78% en relación al correspondiente caudal pico registrado en la microcuenca en campo natural.

− Si bien las correlaciones establecidas permiten percibir una tendencia clara en cuanto a la reducción de la escorrentía específica y caudales pico específicos en tormentas, la extensión de los datos monitoreados no permite aventurar conclusiones definitivas, hasta tanto no se cuente con una serie más extensa de datos y una mayor representatividad de la variabilidad de los eventos de precipitación. Esto se debe a que las tormentas analizadas corresponden a eventos de lluvia entre 7 a 64 mm/día, que corresponden a tormentas con períodos de retorno bajos, que son los que en mayor medida se ven afectados por la reducción de aporte de lluvia a nivel del suelo por intercepción debida a las copas de los árboles; en tanto que eventos que alcanzan o superan los 150 mm/día no son infrecuentes en la región bajo estudio.

REFERENCIAS

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Lima W.P. 1997. Impactos ambientales de los programas de forestación. Forestal (Revista de la Sociedad de Productores Forestales del Uruguay). Segunda época - Año 2 - No. 5, 3-8.

Moldan B.; J. Cerný. 1994. Smalll Catchment Research. In: Biogeochemistry of Small Catchments. A Tool for Environmental Research, de Moldan & Cerný (editors). John Wiley & Sons.

Nash J. E.; J. V. Sutcliffe. 1970. River flow forecasting through conceptual models. Part I. A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10, 282-290.

Panario D. H. 1991 Hacia una evaluación de efectos ambientales de la forestación en Uruguay con especies introducidas. CIEDUR, Serie Investigaciones No. 85.

Silveira L.; C. Anido; L. Martínez. 2002. Programa de monitoreo y evaluación del impacto de las plantaciones de eucaliptos sobre los recursos hídricos en el Uruguay. XX Congreso Latinoamericano de Hidráulica, La Habana, Cuba.

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Construcción de capas arables en suelos oxisoles de la Altillanura colombiana

Diego Luis Molina L., Edgar Amézquita C. y Phanor Hoyos G. Unidad de Suelos del Centro Internacional de Agricultura tropical CIAT. A.A. 6713 Cali, Colombia. [email protected], [email protected], [email protected] INTRODUCCIÓN Las sabanas de los Llanos orientales, también llamadas Orinoquía Colombiana, ocupan aproximadamente 17 millones de hectáreas. Dentro de esta región se encuentra la Altillanura plana, cuya extensión es de 3.4 millones de hectáreas (Cochrane y Sánchez, 1981), contenida en una franja de 60 km de ancho en promedio, que se extiende al sur del Río Meta desde la localidad de Puerto López (Departamento del Meta) hasta el límite con Venezuela (Cochrane et al., 1985). La vegetación nativa comprende, en su mayor parte, gramíneas de escaso valor nutritivo (Álvarez y Lascano, 1987); con bajos niveles de productividad animal, ampliamente documentada tanto en trabajos en la estación experimental (Paladines y Leal, 1979) como en las fincas (Kleinheisterkamp y Häbich, 1985). Sus suelos, especialmente los Oxisoles (Tropeptic Haplustox isohypertermic), tienen pH de 4.5 y baja disponibilidad (cmol(+).kg-1) de Ca (0.2), Mg (0.08), K (Bray 2) (0.1) y P (Bray 2) (2 mg/kg) y una saturación de aluminio mayor de 80% (Sanz et al., 1999); son muy susceptibles a la degradación y bajo condiciones naturales no ofrecen un medio óptimo para la producción de cultivos y pasturas (Amézquita, 1998). La temperatura media de la zona es de 28°C, con una precipitación anual de 2200 mm y una evapotranspiración potencial de 1300 mm. La altitud de esta región es de 150 a 200 msnm (Cochrane y Sánchez, 1981). La época seca se extiende entre diciembre y marzo seguida de una época lluviosa de forma bimodal, con períodos secos de corta duración (entre 1 y 2 semanas) en julio o agosto (Sanz et al., 1999). Los meses de abril y noviembre marcan los puntos críticos de inicio y final de lluvias respectivamente (Hoyos et al., 1999). El Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), conjuntamente con los Institutos Nacionales de investigación y extensión, ha venido desarrollando en los últimos 20 años tecnologías de sistemas agrícolas y pecuarios mejorados para este ambiente (Zeigler y Toledo, 1993; Sanz et al., 1993). A la fecha, todas las alternativas productivas implementadas, basadas en pasturas, cultivos o sistemas agropastoriles, presentan excelentes rendimientos en los primeros años y luego, a pesar del mejoramiento químico del suelo, una drástica disminución de ellos en función del tiempo, todo lo cual se atribuye a procesos degradativos del suelo. Oferta Ambiental de los suelos de sabana Se ha enfatizado y aceptado a través del tiempo que los suelos Oxisoles, a pesar de ser muy ácidos e infértiles, poseen excelentes características físicas (Sánchez, 1976; Sánchez y Salinas, 1981). Sin embargo, trabajos recientes en la altillanura demuestran que estos suelos exigen un manejo adecuado porque tienen las siguientes limitaciones edafológicas (Amézquita, 1998): Son muy superficiales, es decir, su horizonte A es de poco espesor. Son susceptibles a la erosión. Su estructura es débil. Su materia orgánica es escasa. Son propensos al 'sellamiento' superficial, es decir, su capa externa se endurece, se encostra y sella el interior. Tienen baja capacidad de infiltración. Son duros y su capacidad de aireación es baja. No se dejan penetrar fácilmente por las raíces. Su contenido de nutrientes es bajo. Retienen poca agua aprovechable para las plantas. Su fertilidad natural es muy baja.

114

Usos del suelo Un estudio interinstitucional CIAT-CORPOICA -UNILLANOS realizado entre 1996-1999 evaluando el impacto de los usos de los suelos de la altillanura (entre 7 y 33 años) mostró que más del 70% de los nutrientes aplicados se concentraba en los primeros 5 cm. de profundidad. Estas respuestas tenían como característica común el uso intensivo de rastras, para preparar los suelos, que ocasionaron destrucción de macroagregados y pérdida de materia orgánica afectando la dinámica de agua, aire y nutrientes (Hoyos et al., 1999). Este estudio, junto con experimentos de largo plazo en fincas, permitió generar una serie de indicadores físicos, químicos y biológicos para iniciar una nueva fase de investigación que condujera a procesos constructivos de suelo. El cuadro 1 muestra el impacto del uso de rastras vs . cinceles rígidos sobre los macroagregados y la materia orgánica del suelo en función de la textura (Hoyos et al., 1999). Un 63% de la materia orgánica fue destruida por las rastras en el suelo de textura liviana lo que se reflejó en una pérdida significativa de macroagregados del suelo destruyendo su estructura. En el suelo de textura pesada el impacto negativo sobre los macroagregados y materia orgánica, sólo se presentó con el uso de rastras. El cincel mejoró el nivel de materia orgánica manteniendo el mismo nivel de macroagregados. Nótese que en el suelo de textura liviana el impacto de las rastras en la destrucción de macroagregados mayores de 6 mm, que son los responsables del des arrollo radicular de los pastos, reduciéndolos de 29 % en suelo de sabana a 4 % con el uso de rastras y a 19 % con el uso de cincel rígido. El uso continuo de rastras, además de ocasionar pérdida de materia orgánica y destruir los macroagregados del suelo, masificando su estructura, no permite la infiltración de agua en el suelo. Las infiltración acumulada en 2 horas para sabana sin disturbar, rastras y cincel rígido fueron de 46, 80 y 212 mm respectivamente (Hoyos, et. al., 1999). , los cuales corresponden a velocidades de infiltración de 2.3, 4 y 10.6 cm.h-1 para sabana, rastras y cincel respectivamente. Cuadro 1. Efecto del uso de rastra y cincel rígido en los macroagregados y materia orgánica (0 a 5 cm de

profundidad)

Tamaño de agregado (mm de diámetro)

Sabana Nativa

Pasturas (Rastra)

Pasturas (Cincel)

--------------------- (%) -------------------------- Suelo liviano (F. arenoso) > 6 mm 29 a 4 b 19 ab 4 a 6 mm 9 a 3 c 5 bc 1 a 4 mm 23 a 17 c 17 b ---------------------------------------------------------------------- Total 61 a 24 c 41 b M.O (%) 2.7 a 1.1 c 1.6 bc Suelo pesado (F. arcilloso) > 6 mm 38 a 33 a 39 b 4 a 6 mm 15 a 12 a 14 a 1 a 4 mm 31 a 29 a 29 b -------------------------------------------------------------------- Total 84 a 74 b 82 ab M.O (%) 4.3 b 3.7 c 4.7 a

Así mismo, se identificaron los limitantes físicos y químicos para los suelos oxisoles de la Altillanura Colombiana bajo sabana nativa y se determinaron valores “meta” a alcanzar para los


115

diferentes parámetros de suelo estudiados (Amézquita, et al., 2000), tal como se observa en el cuadro 2. Cuadro 2. Características químicas y físicas de los suelos de la altillanura plana según la textura y metas para corregir sus limitaciones en los primeros 20 cm de profundidad.

Textura del suelo

Variable

Arcillosa Franco arcillosa

Franco arenosa

Meta

(2 años)

Arena Densidad aparente (Mg.m-3) M.O. (%) Infiltración (cm.h-1) Capacidad de campo (% en Volumen) Punto marchites permanente (% en Volumen) Agua disponible (%) Conductividad hidráulica (cm.h-1) Porosidad total (%) P (mg.kg-1) Ca (cmol(+).kg-1) Mg (cmol(+).kg-1) K (cmol(+).kg-1) Al (mg.kg-1)

21.00 1.28 4.58

4.50 32 16

16 1.0 51

1.00 0.29 0.09 0.09 2.69

37.00 1.46 2.98

8.00 28 14

14 1.4 45

1.27 0.11 0.07 0.06 2.31

65.00 1.61 1.14

14.00

15 6

9 9.0 40

3.85 0.20 0.07 0.04 0.91

1.2 >5

>15 35 10

25 10 50

20 1.5 0.6 0.15 1.0

El concepto de capa arable

Para superar los limitant es naturales de la sabana se propuso el concepto de la construcción y el mantenimiento de una capa arable. Se entiende por “capa arable” aquella capa superficial de suelo que el hombre puede modificar a través de su manejo para lograr un sistema de producción sostenible. Siendo esta producción deseable, es necesario iniciar un proceso de mejoramiento del suelo a través del tiempo, aplicando diferentes estrategias de manejo de acuerdo al sistema final de producción a implementar (Amézquita, 1998). El objetivo de la construcción de la capa arable es transformar suelos de baja productividad, que son insostenibles, a suelos de alta productividad y sostenibilidad a través de prácticas de manejo del suelo y de los cultivos que permitan vencer las principales limitaciones químicas, físicas y biológicas en un determinado tiempo.

Pasos a seguir para desarrollar y mantener una capa arable productiva. Se consideran 4 etapas: (Amézquita, et al., 2003) 1) Hacer un diagnóstico para evaluar las limitaciones, químicas, físicas y biológicas del suelo. 2) Establecer las metas de mejoramiento del suelo, de acuerdo al sistema de producción a

implementar ó uso final que se le va a dar al suelo y de acuerdo a la textura, profundidad del perfil y pendiente.

3) Seleccionar el germoplasma y planear las prácticas de manejo del suelo y de los cultivos que conduzcan al mejoramiento del suelo.

4) Una vez alcanzadas las metas de mejoramiento del suelo en términos físicos, químicos y biológicos (capa arable productiva) se deben implementar sistemas de siembra directa, con un uso mínimo de insumos químicos para mantener el balance y sostenibilidad del sistema.

116

En la práctica, para construir capas arables, se sugiere proceder de la siguiente manera (Amézquita, et al., 2002): Mejoramiento físico del suelo. Se emplea en estos suelos (Altillanura) la labranza vertical con cinceles rígidos, que logran un buen fraccionamiento del suelo hasta la profundidad deseada: 0-25 cm para los sistemas agropastoriles y 0-45 cm para los cultivos permanentes, mejorando el primer año de 0-30 cm y de 0-45 cm el segundo año, para mantener la estabilidad física del sistema. El suelo se afloja con el cincel y este efecto (aflojamiento) mejora varias de sus propiedades: la infiltración de agua, la capacidad de aireación, la distribución de los elementos nutritivos, y la penetración de las raíces. Mejoramiento químico del suelo. En el primer año, para el caso de cultivos anuales, se corrigen las limitaciones de acidez y saturación de bases con el uso de cal dolomita. Para alcanzar los niveles críticos de Ca y Mg así como lograr una buena distribución de ellos en el perfil, se utilizan fuentes más solubles (sulfatos). Para el caso de pasturas, se pueden aplicar cal dolomita y fosfatos de calcio de baja solubilidad. Las anteriores enmiendas se aplican al suelo antes de pasar los cinceles rígidos los cuales las incorporan al suelo en profundidad. Mejoramiento biológico del suelo. Se siembran pastos, principalmente, que introducirán abundantes raíces fibrosas hasta la profundidad del suelo en que ocurren su preparación y su enmienda. La mejora biológica se basa en materiales vegetales (gramíneas y leguminosas forrajeras) que han sido genéticamente adaptados a las condiciones de acidez y baja fertilidad de los suelos de la Altillanura, y que desarrollan un sistema radicular profundo y abundante. A medida que se va mejorando el suelo se utilizarán materiales de mayor calidad y rendimiento que aumenten el ciclaje de nutrientes e incrementen la biota del suelo.

Como iniciar el mejoramiento

Idealmente se debería iniciar con materiales de bajos requerimientos y alta producción de raíces para estabilizar la física del suelo post-labranza. En este sentido, la asociación arroz-pastos representa una buena alternativa en términos de costos de inversión. Esta asociación permite además una mejor distribución de nutrientes en forma espacial, por la distancia corta entre surcos, que garantizan en el futuro una mejor nutrición de los cultivos de mayor espaciamiento entre surcos como el maíz.

CONCLUSIONES − La gran conclusión que se desprende de los trabajos de investigación desarrollados en la

Altillanura Colombiana por el CIAT, en colaboración con otros centros de investigación, es que para lograr implementar sistemas de producción sostenibles sobre suelos oxisoles es necesario, además de adaptar especies vegetales a las condiciones del suelo, construir capas arables productivas, venciendo las limitaciones físicas, químicas y biológicas naturales de las sabanas.

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Investigación e innovación tecnológica en zanjas de infiltración y canales de desviación, en el Secano Costero e Interior de las

Regiones VI, VII y VIII de Chile. Roberto Pizarro T.1, Claudia Sangüesa P.2, Juan Pablo Flores V.2, Enzo Martínez A2. 1 Departamento de Gestión Forestal y Ambiental, Facultad de Ciencias Forestales, Universidad de Talca. 2 Norte 685, Talca, Chile. [email protected] 2Sociedad Estándares de Ingeniería para Aguas y Suelos, EIAS. 2 Norte 685, Talca, Chile. [email protected] [email protected] [email protected] INTRODUCCIÓN La erosión hídrica, es un factor crítico para el establecimiento y desarrollo de plantaciones forestales en gran parte del secano de las Regiones VI, VII y VIII de Chile Central, además de ser un elemento determinante en la pérdida de la productividad de suelos, ya que no permite una buena retención de las aguas de lluvia y a la vez, provoca la pérdida de nutrientes. En este sentido, la incorporación de las técnicas de conservación de aguas y suelos y la vigencia de la Ley Nº 19.561 (de Fomento Forestal), que incentiva la actividad forestal en suelos de aptitud forestal y en suelos degradados, hacen vislumbrar una nueva forma de trabajo de la tierra, asegurando un mejor uso productivo de ella. Sin embargo, en Chile no existen estándares determinísticos de diseño y construcción de obras de conservación de aguas y suelos, ni elementos técnicos, hidrológico – matemáticos y económicos, que aporten a la ingeniería de diseño de las mismas. Lo anterior define la necesidad de evaluar la eficacia, eficiencia y el impacto de todo el esfuerzo que hace el Estado a través de las bonificaciones a las obras de conservación de aguas y suelos ligada a la actividad forestal. En función de lo expuesto, la Sociedad Estándares de Ingeniería para Aguas y Suelos Ltda. (EIAS) conformada por la Universidad de Talca y la empresas: Bosques de Chile, Terranova y Bosques Villanueva, está ejecutando el proyecto “Determinación de estándares de ingeniería en obras de conservación y aprovechamiento de aguas y suelos para el mantenimiento e incremento de la productividad silvícola”, financiado por el Fondo de Desarrollo e Innovación (FDI) de la Corporación de Fomento de la Producción (CORFO). El objetivo es incrementar la productividad de los suelos de aptitud forestal del territorio árido y semiárido de las Regiones VI, VII y norte de la VIII, mediante el diseño hidrológico de obras de conservación y aprovechamiento de aguas y suelos, utilizando para ello, estándares específicos para tres tipos de obras que se estudian, a saber: zanjas de infiltración, subsolado y canales de desviación. Todo ello desde una perspectiva participativa, técnica y geográfica, que permita una implementación amigable de estas técnicas, en términos económicamente factibles y que favorezcan marcos de actuación sustentables. El proyecto está dividido en tres etapas; la primera, comprende el diseño de las obras y la construcción de ellas en terreno (con un total de 10 ensayos); en la segunda etapa se evalúa el funcionamiento de las obras, y en la tercera y última etapa, se corrobora la evaluación con nuevas mediciones, para la obtención de las conclusiones finales respecto a la efectividad del diseño de las obras. En 7 ensayos se construyeron zanjas de infiltración en el año 2002 (Hidango, Pumanque, Botacura, Parrón, Name, Manzanares y Llohué) y en dos ensayos, Llanillos (VII Región) y Paredones (VI Región), se está estudiando el comportamiento de cárcavas, construyendo un canal de desviación en cada uno, durante abril del año 2003. En este artículo se mostrará el trabajo realizado con las dos obras de conservación de aguas y suelos ya mencionadas, al segundo año de ejecución del proyecto.

MATERIALES Y METODOS El diseño de las obras de conservación y aprovechamiento de suelos y aguas, debe considerar previamente, un análisis de las intensidades de precipitación, para así, diseñar las obras que favorecen la infiltración del agua de lluvia en condiciones desfavorables. En este contexto, uno de los primeros requerimientos a considerar es la determinación del periodo de retorno (T), el que se define como el tiempo que transcurre entre dos fenómenos de las mismas características. Con esto, es posible tener un horizonte de planificación, dentro del

120

cual no debería presentarse un evento con precipitaciones superiores a la calculada (Pizarro y Novoa, 1986). Asociado a lo que se expone, el periodo de retorno para el total de ensayos de este estudio, corresponde a un “T” de 20 años, el cual se justifica por considerar a este tiempo, el promedio de rotación en plantaciones de Pino Radiata D. Don. Curvas Intensi dad-Duración-Frecuencia IDF Otro elemento importante, es la determinación y construcción de las curvas intensidad-duración-frecuencia, curvas que resultan de unir los puntos representativos de la intensidad media en intervalos de diferente duración, y correspondientes, todos ellos, a una misma frecuencia o período de retorno (Témez, 1978), y cuya finalidad es la de aportar patrones de conductas de las lluvias. Es importante señalar, que cuando sólo se dispone de un pluviómetro en una estación, en general, sólo se podrá conocer la intensidad media en 24 horas. Como se comprenderá, esta información puede inducir a grandes errores por defecto, por cuanto las lluvias de corta duración son, en general, las más intensas. Es natural, entonces, que las determinaciones de intensidades de lluvia se hagan a partir de los registros proporcionados por los pluviógrafos (Aros, 1997).

Existen diferentes métodos para la construcción de las curvas intensidad-duración-frecuencia (IDF), según diversos autores. En este proyecto se utilizaron las curvas construidas según el método de Témez (1978), el cual relaciona las intensidades de precipitación para distintos períodos de retorno, con el propósito de graficar la relación entre las tres variables (Intensidad- Duración –Frecuencia) (Pizarro et al, 2001). Diseño hidrológico de zanjas de infiltración El principio fundamental a la hora de diseñar las zanjas de infiltración corresponde a que la cantidad de agua de lluvia que cae en la zona da captación, debe ser menor o igual a la que capta y absorbe la zanja. Es decir, la capacidad de éstas no debe ser sobrepasada por el total de aportaciones que a ella converjan. Las zanjas de infiltración a construir, poseen una sección rectangular de “h” cm de altura y “b” cm de base, mientras que éstas tienen un largo variable “L” (Figura 1). El diseño considera además, un rebaje en el borde aguas arriba para facilitar la entrada de agua y evitar la erosión de las paredes; la expresión matemática que define este principio es:

inczai VVV += (1)

Donde: Vai: Volumen de aportación de la zona de impluvio; Vcz: Volumen de captura de las zanjas y Vin: Volumen de infiltración. A su vez, cada componente se define por las siguientes expresiones:

eAIV iai ××= (2)

LhbVcz ××=

(3)

LvbVin ××= (4)

Donde: I: precipitación máxima en 1 hora (mm); Ai: superficie de la zona de impluvio (m

2); e:

coeficiente de escorrentía; b: base de la zanja de infiltración (m); h: altura de la zanja (m); L: largo de zanja (m) y v: velocidad de infiltración de la zanja llevada a unidad de longitud (m). Por otra parte, la velocidad de infiltración determina la cantidad de agua que infiltra en el suelo, dando una aproximación del comportamiento del agua dentro de una zanja. El método utilizado para determinar la velocidad de infiltración es el método del cilindro (Gurovich, 1985), con la variante de utilizar las tres últimas mediciones de infiltración (y no todas las alturas medidas, como lo plantea el método), como factor de seguridad que permita diseñar las obras para las condiciones más desfavorables en cuanto a saturación del suelo. Asociado a lo anteriormente expuesto, en el proyecto se decidió estudiar dos tipos de zanjas: zanja 1 de base de 0,2 m y altura 0,3 m y zanja 2 de base de 0,3 m y altura 0,3 m.


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Entonces, al ser conocida la sección de las zanjas (ecuación 3) y el volumen de infiltración (ecuación 4), sólo queda por conocer el distanciamiento horizontal entre líneas de zanjas, lo cual se determina a través de la superficie de la zona de impluvio (Ai) dado por la ecuación (2) y asumiendo un valor unitario para el largo de la zanja. Figura 1. Esquema de una zanja de infiltración; donde d = distanciamiento entre líneas de zanjas, L = largo

de zanja, b = base de la zanja, h = altura efectiva de la zanja, con Área de impluvio = d x L. Esta metodología se está probando en 7 ensayos ubicados entre la VI y VIII Regiones. Las características de las obras construidas y los principales elementos utilizados para su diseño se muestran en el cuadro 1. Cuadro 1. Características de las zanjas de infiltración.

Ensayo Distancia entre zanjas (m)

Intensidad máxima horaria

Velocidadde Infiltración

Intensidad máxima en 1 hora

Zanja 1 (0,2 m)

Zanja 2 (0,3 m)

(mm.h-1) (mm.h-1) medida año 2003 (mm.h-1)

VIII Región Manzanares 4,5 6,5 19,00 72,0 8,8

Llohué 9 13 19,00 451,3 8,8 VII Región

Parrón 9 13 15,78 356,0 14,0 Botacura 8 11 15,10 300,0 9,8

Name 4 6 17,61 20,3 10,6 VI Región

Hidango-INIA 4 6 15,78 89,3 16,2 Pumanque 4,5 6,5 18,90 38,0 14,4

Las intensidades de diseño fueron calculadas para un periodo de retorno de 20 años y si se comparan con las intensidades medidas durante el año 2003, se puede observar que sólo en un ensayo la intensidad de diseño fue superada por la real, no obstante, no se produjo daño de ningún tipo en las obras. Diseño hidrológico de un canal de evacuación de aguas lluvias El primer paso de un diseño de un canal de desviación es elegir la forma de la sección; en este sentido, la que ofrece las mejores perspectivas de construcción, es la sección trapezoidal, en función del diseño, construcción, material y aspectos de costos (Pizarro, 1988). Para el canal de desviación y las zanjas de infiltración es importante conocer el área de aportación o de impluvio, lo que está directamente relacionado con el distanciamiento de las obras, en caso que hubiese más de una. Una vez definida la forma, se utilizó un método basado en la ecuación racional y la ecuación de Manning, lo que se resume en los siguientes pasos: Determinación del caudal Utilizando la ecuación racional para la determinación del caudal, se tiene:

AiIeQ ××= (5)

Donde: Q: caudal en m3.s-1; e: coeficiente de escorrentía; I: intensidad de precipitación máxima en 30 minutos, en mmh-1 y Ai = área de impluvio en ha.

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Luego, analizando cada uno de estos factores se tiene lo siguiente: Coeficiente de escorrentía (e) Está dado por una tabla en la que se clasifican las características de la cuenca. Las características consideradas son relieve del terreno, permeabilidad del suelo, cobertura de la vegetación y capacidad de almacenaje del agua. Intensidad de precipitación máxima en 30 minutos Para ambos ensayos se utilizó la estación pluviográfica de Pencahue (VII Región), dado que esta estación presenta registros de intensidades de precipitación y cuenta con las curvas IDF (intensidad - duración – frecuencia). Por otra parte, cerca del ensayo de Paredones, en la VI Región, no existe una estación que posea las curvas IDF (Pizarro et al, 2001). En este contexto la curva utilizada para ambos ensayos viene dada por la siguiente fórmula:

469797,0

164143,0694,63

D

TI

×= (6)

Donde: T: período de retorno en años (se consideró 20 años) y D: duración de la lluvia en minutos (se consideró 30 minutos, ya que en no menos de 30 minutos se deberían concentrar las aguas a ser evacuadas por el canal). Se utilizó una duración de 30 minutos, la que presenta una intensidad mayor que la existente para una hora, con el fin de disminuir la probabilidad de que ocurra un evento de grandes proporciones y la obra sea sobrepasada. Por otro lado, el utilizar una duración más pequeña, de 15, 10 ó 5 minutos, no se justifica, ya que ello implica usar mayores intensidades de precipitación y un considerable mayor tamaño de la obra, lo que repercute en los costos. Asimismo, el utilizar duraciones pequeñas, se ve limitado por las características de las bandas de pluviógrafos, las que presentan una baja resolución, llegando a lo más a 1 hora. Sin embargo, la razón fundamental es que se contaría con valores de diseño muy altos, ya que a través de las curvas I-D-F ajustadas o un modelo matemático es posible obtener intensidades para lapsos menores a 1 hora.

Área de impluvio Es la superficie de captación de aguas lluvias, la cual aporta directamente el agua a la obra en estudio. Es decir, es la superficie que proporcionará el agua que será evacuada por la obra. Cabe destacar que si se construyeran más de un canal en una misma ladera, el área de impluvio del canal de cota inferior estará dada por la distancia entre ambas obras. Teniendo los valores de los tres parámetros anteriores, se calcula el caudal de diseño, a través de la ecuación (5). Cálculo de la sección del canal En términos generales, el caudal se define como el producto de la sección del canal y la velocidad del agua, es decir,

VAQ ×= (7)

Donde; Q: caudal en m3.s-1; A: sección del canal en m2 y V = velocidad del agua en m.s-1. Según las características de los suelos de Llanillos y Paredones (franco arcilloso y arcillo arenoso, respectivamente) se consideró una velocidad de 0,9 m.s-1.para ambos. Entonces, ya conocidas las variables Q y V, se llegó a un valor de sección de canal que se muestra en el cuadro 2. Cálculo de las dimensiones Para calcular el tirante o altura efectiva del canal, se necesita, previamente, determinar el ángulo de inclinación del talud del canal con respecto a la vertical, dado que la formulación matemática obtenida a través de la maximización del radio hidráulico, así lo requiere. Para este caso, se definió un valor de a = 30º.


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Cuadro 2. Dimensiones de los canales de desviación para los ensayos Llanillos y Paredones

Dimensiones y parámetros del canal de desviación

Paredones Llanillos

Coeficiente de Escorrentía 0,70 0,70

Área de impluvio (ha) 2,0 3,0

Velocidad (m.s -1) 0,9 0,9 Caudal (m 3.s -1) 0,1229 0,0819

Sección del canal (m 2) 0,091 0,137

Tirante (m) 0,229 0,281

Base de fondo (m) 0,265 0,324

Longitud de talud (m) 0,265 0,324

Pendiente (m.m-1) 0,016 0,012

Revancha (m) 0,30 0,30

A partir del ángulo conocido, es posible el cálculo de las dimensiones de la sección del canal como se muestra en el cuadro 3. (Figura 2) Cuadro 3. Expresiones matemáticas que definen las dimensiones de un canal de desviación

Parámetro Fórmula

Tirante (h) α

αsen

Sh

−=

2

cos

Base del fondo (b) αtghh

Sb ×−=

Longitud de talud (l) αcos

hI =

Pendiente del canal (s) SRsn

Q ×××= 3/22/11

Radio hidráulico (R) 2

hR =

Donde, S = Sección del canal en m2; a = ángulo del talud con respecto a la vertical = 30º; Q = caudal a conducir, en m3/s; n = coeficiente de rozamiento de Manning; s = pendiente longitudinal del canal, en m/m y R = radio hidráulico, en m. Figura 2. Dibujo esquemático de un canal de desviación

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN A sólo dos años de este estudio, si bien no es posible mostrar resultados definitivos, es posible obtener algunas conclusiones respecto a la metodología utilizada para el diseño de zanjas de infiltración y canales de desviación. En términos hidrológicos, la metodología se basa en la intensidad máxima de precipitación en 1 hora, para las zanjas de infiltración y en 30 minutos, en el caso de los canales de desviación. En este sentido, las intensidades de precipitación medidas no han superado a las utilizadas en el diseño, a excepción del ensayo de Paredones, en que se registró 22 mm.h-1, superando levemente a los 21,07 mm.h-1 de diseño. En este ensayo, el canal soportó de buena manera la alta intensidad registrada, debido en gran parte a los factores de seguridad utilizado, específicamente en la revancha. En general, el factor de seguridad utilizado en el diseño de las zanjas, el cual incorpora los conceptos de período de retorno, máximas intensidades de precipitación en una hora para series de datos pluviográficos de 20 años, y valores mínimos de velocidad de infiltración de agua en el suelo, ha permitido que las obras intercepten la escorrentía superficial y no sean sobrepasadas por ella. Además, se destaca que el año 2002, fue una excelente prueba de validación, dado que ese año hidrológico, presentó una alta pluviometría y por otra parte, el año 2003 presentó altas intensidades de precipitación, llegando a los 22 mm.h-1. Esta metodología permite determinar los distanciamientos óptimos para distintos tamaños de zanjas propuestos en esta investigación, y junto con ello, el número de líneas de zanjas necesarios para la captura de la escorrentía superficial. En este marco, al finalizar la investigación se espera evaluar y determinar los estándares de diseño y construcción de las obras de conservación y aprovechamiento de aguas y suelos, lo que permitirá la optimización de los recursos invertidos por el Estado y mejorar la productividad de los suelos, disminuyendo la erosión hídrica. REFERENCIAS Aros V. 1997. Apuntes de Hidrología Ingeniería Civil. Universidad de Concepción. Concepción.

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El Sistema de Incentivos para la recuperación de suelos degradados en programas de conservación de suelos.

Elías Araya Salinas. Servicio Agrícola y Ganadero, Ministerio de Agricultura, Gobierno de Chile. Av. Bulnes 140, Santiago, Chile. [email protected] INTRODUCCIÓN En Chile, los suelos cultivables han sufrido modificaciones continuas en sus condiciones físicas, biológicas y químicas, como consecuencia de las características propias derivadas de su origen, así como del sistema productivo e intensidad de uso al cual se encuentran sometidos. Lo anterior se traduce, entre otros aspectos, en una fuerte degradación de la fertilidad natural de los suelos, así como en la sostenida pérdida de fósforo disponible y la acidificación progresiva de los mismos, derivadas de procesos extractivos e intensivos. Por otra parte, existen suelos afectados por distintos grados de erosión a causa del uso intensivo y de la aplicación de tecnologías inapropiadas en su explotación. El suelo es el principal recurso productivo con que cuentan los productores agropecuarios y su deterioro implica una enorme desventaja en el actual modelo de desarrollo económico, caracterizado por la alta competitividad que existe entre productores, países e incluso bloques de países. El Gobierno de Chile, consciente de esta realidad, se ha comprometido, a través del Ministerio de Agricultura, a impulsar medidas orientadas a mitigar las consecuencias de estos procesos, las cuales se suman a las acciones propias que en forma creciente adoptan los productores para la sustentabilidad de sus recursos productivos. Estas medidas se materializan en el Sistema de Incentivos para la Recuperación de Suelos Degradados (SIRSD), programa de fomento orientado a la recuperación de suelos que han sufrido algún proceso de degradación. OBJETIVO DEL PROGRAMA Su objetivo es detener o revertir los procesos de degradación de los suelos, permitiendo que los productores agropecuarios de Chile puedan acceder a recursos estatales que se destinen a promover la conservación, el manejo sustentable y la recuperación de los suelos de uso agropecuario. Quiénes pueden postular? Pueden postular todos los agricultores en calidad de propietarios, arrendatarios, usufructuarios o comodatarios de un predio agrícola, entendiendo por tal a aquel cuyo terreno esté destinado preferentemente a la producción agropecuaria o forestal, o que económicamente sea susceptible de dichas producciones en forma predominante. Sólo están excluidos de los beneficios que otorga el Programa los funcionarios del Servicio Agrícola y Ganadero, del Instituto de Desarrollo Agropecuario o del Ministerio de Agricultura (en consideración a los preceptos de probidad administrativa). En cuanto a personas jurídicas, pueden participar todas aquellas que no formen parte del Sector Público. PROGRAMAS QUE SE BONIFICAN Actualmente el Sistema de Incentivos para la Recuperación de Suelos Degradados posee 5 programas específicos activos, a saber: Fertilización fosfatada : incentiva el uso de fertilización fosfatada de corrección, destinada a recuperar los niveles de fertilidad natural en suelos deficitarios, definida ésta en 15 mg de fósforo por kilogramo de suelo, según el método P-Olsen. Se bonifica hasta el 80% de los costos netos (sin IVA). La fertilización fosfatada para producción, es decir aquella que será extraída por el cultivo y que deberá estar disponible en el suelo para alcanzar los rendimientos deseados, es de responsabilidad del productor. Enmiendas Calcáreas: estimula la incorporación al suelo de las dosis de cal necesarias para cambiar el nivel de pH hasta un valor de 5,8 o para reducir la saturación de aluminio a niveles

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inferiores al 5%, considerando la capacidad de intercambio de cationes efectiva según análisis de suelo. Se bonifica hasta el 80 % de los costos netos. Siembra o Regeneración de Praderas: incentiva el establecimiento o regeneración de una cubierta vegetal permanente en suelos frágiles o degradados, mediante un incentivo de hasta el 50 % de los costos netos, con el fin de obtener una cubierta vegetal que comprenda al menos el 90% del área intervenida. Conservación de suelos: estimula evitar las pérdidas físicas de suelos mediante la utilización de métodos tales como: cero o mínima labranza, control de dunas, utilización de curvas de nivel, labranzas en contorno, establecimiento de coberturas forestales en suelos ocupados por pequeños propietarios de escasos recursos, zanjas de infiltración, aplicación de materia orgánica o compost, nivelación, labores que contribuyan a incorporar una mayor cantidad de agua disponible en el perfil de suelos aptos para el uso agropecuario u otros, para lo cual se otorga un incentivo de hasta el 80% de los costos netos en que se incurra por efectos de aplicación de tales métodos de conservación de suelos. Rehabilitación de suelos: promueve la eliminación total o parcial de troncos muertos, matorrales sin valor forrajero y otros impedimentos físicos o químicos en suelos de uso agropecuario, mediante un incentivo de hasta el 50% de los costos netos de tales labores. FUNCIONAMIENTO El SIRSD es de responsabilidad del Ministerio de Agricultura y se ejecuta en todo el territorio nacional, a través del Servicio Agrícola y Ganadero (SAG) para el segmento de medianos y grandes productores mediante concursos públicos y por el Instituto de Desarrollo Agropecuario (INDAP) para los pequeños productores a través de la demanda directa de sus usuarios. La coordinación general del Programa está radicada en la Subsecretaría de Agricultura y se ejerce nacionalmente a través de la Oficina de Estudios y Políticas Agrarias (ODEPA) y de las Secretarías Regionales Ministeriales de Agricultura (SEREMI) en cada una de las 13 Regiones de Chile. A nivel regional se han establecido los Comités Técnicos Regionales (CTR) integrados por la SEREMI de Agricultura respectiva, quien los coordina, por el Director Regional del INDAP, del SAG y del INIA y los encargados regionales del SIRSD del SAG e INDAP. También son invitados a participar los otros actores del programa tales como operadores, representantes de agricultores y de universidades y otras personas u organizaciones relacionadas con el Programa. Estos CTR tienen como misión coordinar el SIRSD en la región, proponer políticas de focalización, definición de zonas agroecológicas de aplicación y cualquier otra acción relacionada con la buena marcha y optimización del SIRSD. Los interesados en optar al incentivo deben presentar ante el SAG o el INDAP un plan de manejo el que deberá ser aprobado por tales entidades. Dichos planes de manejo deben ser confeccionados por operadores acreditados, quienes asumen la responsabilidad de los contenidos técnicos de los mismos. Quienes quieran acreditarse como operadores deberán formalizar dicha aacreditación ante el SAG o el INDAP, para lo cual deben estar en posesión de un título profesional o técnico cuyo plan de estudios contemple asignaturas académicas de reconocimiento y fertilidad de suelos, establecimiento de praderas o de protección de recursos naturales de uso agropecuario. Los análisis de suelos (requeridos para la postulación a los programas específicos de Fertilidad Fosfatada, Enmiendas Calcáreas y Establecimiento de Praderas) son elaborados por Laboratorios que se incorporan a un registro público que lleva el SAG, debiendo acreditar que cuentan con las instalaciones necesarias, las metodologías y profesionales idóneos. Los interesados pueden percibir incentivos respecto de uno o más de los programas específicos señalados, pero la suma total de los mismos, no podrá exceder de 160 Unidades Tributarias Mensuales (aproximadamente USD 8.100) por beneficiario. La selección de los planes de manejo concursantes se realiza por un sistema de puntaje que define su orden de prioridad. En la bases de cada concurso se especifican los criterios de selección, los que definen los puntajes. Aprobado el cumplimiento del plan de manejo, se procederá a pagar el incentivo de acuerdo a la tabla anual de costos, por intermedio de la entidad u oficina autorizada por el SAG para tal efecto.


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Las tablas de costos de las prácticas y labores que inciden en los distintos programas, son confeccionadas, con la debida antelación a la postulación, en forma conjunta por las dependencias regionales competentes del SAG y del INDAP. OTROS ANTECEDENTES Adicionalmente a las líneas de acción propias del programa y que guardan relación con los objetivos de éste, se han definido las siguientes acciones relevantes: Participación Ciudadana: El Programa se ha orientado, en los últimos años, a la incorporación proactiva de distintos actores en los lineamientos del programa. Así, han sido incorporados como invitados especiales a las reuniones de Comité Técnico Regional representantes de agricultores, operadores, universidades, comunidades, pueblos originarios, etc. Paralelamente, se han ampliado y consolidado las rondas de consulta ciudadana para recoger sugerencias y se ha acercado el programa desde el nivel regional a los sectores administrativos del SAG y por ende a los usuarios. Programa Computacional: Todos los concursos administrados por el SIRSD a lo largo del territorio nacional operan a través de un programa computacional que permite efectuar las postulaciones, el cálculo de puntaje y bonificación, selección de postulantes aprobados, fiscalización, certificación y registro de cheques a pago de beneficio. Además, esta herramienta computacional se ha consolidado como pieza fundamental en el control de avance y seguimiento de las distintas etapas de los concursos (Figura 1). Por otro lado, a través de este software se realizan un sinnúmero de consultas que pueden apuntar a un plan de manejo en particular como también a análisis estadísticos, lo que ha permitido contar en forma oportuna y expedita con la información necesaria para la administración del SIRSD.

Figura 1: Detalle del Programa Computacional Georreferrenciación de los Planes de Manejo: Bajo la premisa de mejorar la gestión en las fiscalización en terreno de los planes de manejo seleccionados, a partir de 1999 se incorporó el concepto de georreferenciación, en donde en una primera instancia se solicitaba que cada análisis de suelo asociado a los programas de fertilización fosfatada o enmiendas calcáreas especificaran las coordenadas geográficas en

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donde fueron tomados (Figura 2). Posteriormente, esta medida fue exigida para todos los potreros participantes en alguno de los programas específicos del SIRSD. De esta manera, con el apoyo del sistema GPS es posible localizar en forma exacta en terreno o bien en gabinete con apoyo cartográfico cada potrero participante en el Programa, lo que facilita la planificación de las fiscalizaciones y el acceso a los predios participantes. Figura 2: Ubicación (georreferenciada) de predios postulantes, visualizado en ambiente ArcView Sistema de Acreditación de Laboratorios En virtud de la alta importancia que para los programas específicos de enmiendas calcáreas y fertilización fosfatada tiene contar con un adecuado estándar metodológico para análisis de suelos, se ha encomendado a la Universidad Austral de Chile la coordinación e implementación de un Programa de Normalización de Técnicas y Acreditación de Laboratorios para Análisis de Suelo y de Tejidos Vegetales, estructurado por la Sociedad Chilena de la Ciencia del Suelo. Es así, que en cada temporada se publica un listado con los laboratorios autorizados para la ejecución de los análisis de suelos incluidos en los planes de manejo postulantes a los programas específicos de enmiendas calcáreas, fertilización fosfatada y establecimiento de praderas, asegurando de esta manera la idoneidad de los resultados de dichos análisis y por consiguiente del impacto del Programa. Sobre los Operadores del Programa En consideración de la importancia de los operadores para la ejecución de las postulaciones al SIRSD, el Programa ha centralizado sus esfuerzos sobre los operadores en dos aspectos, la creación de un registro único de acreditación a nivel nacional, lo que permite que un operador acreditado pueda participar en cualquiera de los concursos que se efectúan a lo largo del País, y una política de capacitación permanente de los aspectos técnicos, administrativos y legales del Programa. De esta manera, se han realizado capacitaciones en temas relativos a: técnicas de conservación de suelos; establecimiento de praderas; uso del sistema GPS y conceptos básicos

Predios postulantes


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de cartografía; parámetros para la fertilización fosfatada y enmiendas calcáreas; utilización del Software con que opera el programa; marco legal del programa, etc. RESULTADOS Los principales indicadores relativos a la cobertura del programa son presentados en el cuadro 1, en el cual se puede evidenciar la consolidación del programa en los últimos años manifestados en el número de usuarios beneficiados, número de hectáreas intervenidas y monto de los beneficios entregados. Cuadro 1: Evolución de los Principales Indicadores del Sistema de Incentivos para la Recuperación de

Suelos Degradados (Todos los programas).

Año N° Usuarios N° hectáreas Monto (Millones de USD)

1996 10,675 98,879 3.21997 15,301 144,557 6.91998 15,758 158,660 10.51999 26,584 195,658 18.52000 42,621 250,763 27.82001 44,158 250,571 32.32002 44,342 251,318 29.8

Totales 155,097 1,099,088 128.9 En el cuadro 2 se puede observar la evolución que ha tenido la participación del subprograma de Conservación de Suelos con respecto al total del programa, denotándose un continuo aumento el que se estima podría alcanzar en la temporada 2003 un 35% de la superficie total intervenida por el Programa, lo que representa alrededor de 9,4 millones de dólares.

Cuadro 2. Participación del Subprograma de Conservación de Suelo entre las temporadas 1998 a 2002

1998 1999 2000 2001 2002

Superficie Programa (ha) 158,600 195,600 250,700 267,600 240,000 1,112,500

Superficie Conservación Suelos (ha) 14,000 36,120 76,200 94,800 82,000 303,120

% de Superficie con Prácticas de Conservación de Suelos (ha Conservación Suelos/ ha Programa)

8.8 18.5 30.4 35.4 34.2 27.2

US$ (Millones) 0.7 3.1 7.0 10.7 10.4 31.9

ITEM TOTALAÑO

Más en detalle, en el cuadro 3 se presentan las prácticas de conservación de suelos más demandadas en los concursos administrados por el SAG entre las temporadas 2000 a 2002. Con respecto a lo anterior, los análisis de los antecedentes señalan que los usuarios del SAG presentan un 60% de prácticas conservacionistas permanentes y un 40% de prácticas transitorias, destacándose por superficie la cero labranza dentro de las primeras. En el caso de INDAP, sus usuarios presentan un comportamiento similar al observado en los usuarios del SAG, registrando un 57% de prácticas conservacionistas permanentes y un 37% de prácticas transitorias.

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Cuadro 3. Prácticas de conservación más demandadas en los concursos administrados por el SAG, temporada 2000 a 2002

Temporada Práctica o Labor Sup. Efectiva (ha) Bonificación (USD) % Bonif.

Abono Organ ico , Guano 5,039 1 ,492,877 8 .3 S iembra cero labranza 21,519 1 ,044,616 5 .8 A rado C ince l 15,663 517,305 2 .9 Abonos Verdes 1,668 355,209 2 .0 Cons t . Cerco Trad ic iona l (Km) 270 112,011 0 .6 abono o rgán ico+c ince l 328 108,961 0 .6 Incorporac ión de Rasto jo 1,226 101,872 0 .6 Subso lado 1 ,5 m 2,118 99 ,061 0 .5 A . herb ic ida+regenerac ion gram 1,847 76 ,427 0 .4 Acondic ionado Rast ro jo 1,497 76 ,385 0 .4 Abono Organ ico ,guano 9,524 2 ,189,717 12 .2 S iembra Cero Labranza 23,927 914,667 5 .1 Cons t . Cerco Trad ic iona l (Km) 2,158 416,745 2 .3 Incorporac ión Rast ro jo Cerea l 5,480 409,535 2 .3 A rado C ince l 14,819 386,958 2 .2 Zanjas Inf i l t racion 1,592 324,031 1 .8 Abonos Verdes 1,629 304,629 1 .7 Subso lador + 5% Pend ien te 4,061 199,661 1 .1 Ap l i cac i on Compos t 611 143,535 0 .8 Cana l Desv iac ión m. l inea l 604 100,401 0 .6 Abono Organ ico , guano 7 ,406 1,789,429 10 .8 Cana l Desv iac ión m. l inea l 2 ,226 642,420 3 .9 S iembra Cero Labranza 14 ,543 584,036 3 .5 Incorporac ión Rast ro jo Cerea l 5 ,239 386,285 2 .3 Zanjas Inf i l t racion 1 ,115 356,358 2 .2 Const . cerco t radic ional(m. l ) 3 , 092 295,037 1 .8 Abonos Verdes 1 ,729 292,419 1 .8 M ic ron .Sue los Ar roceros Laser 1 ,091 236,152 1 .4 Ap l i cac i on Compos t 9 3 0 222,180 1 .3 A rado C ince l 9 ,768 209,371 1 .3

2000

2001

2002

CONCLUSIONES − El Programa “Sistema de Incentivos para la Recuperación de Suelos Degradados” ha

demostrado ser una herramienta efectiva contra el problema de la degradación de los Suelos de uso agropecuario, lo que queda de manifiesto en el creciente interés por parte de los agricultores.

− A diferencia de lo que se puede pensar, en los últimos años el Programa de Conservación de suelos ha sido el programa más demandado junto con el Programa de Fertilización Fosfatada, superando ampliamente a los programas de Establecimiento de Praderas, Enmiendas Calcáreas y Rehabilitación de Suelos.

− Una de las razones de esta alta demanda puede estar explicada en el porcentaje de bonificación, el cual es de un 80% (a diferencia del establecimiento de praderas y rehabilitación de suelos que bonifican hasta un 50% de los costos netos).

− Las prácticas más solicitadas dentro del programa de conservación de suelos son las relacionadas con el manejo de materia orgánica, siendo la más importante la aplicación de guano.

− En virtud de lo anteriormente expuesto y en atención a que el Programa de Conservación de Suelos presenta una gran diversidad de prácticas (no sólo en cantidad sino que también en los objetivos que persiguen), es necesario realizar una análisis técnico del punto de vista de la definición y objetivo final de cada práctica, ya que se ha evidenciado un desperfilamiento de los objetivos que persiguen, como parece ser el caso de la aplicación de guano el cual se estaría utilizando como elemento de fertilización de suelo y no con el objeto de mejorar las propiedades físicas de éste.


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Ley 18.450, Inversión privada en obras de riego y drenaje

Loreto Sagardía A. La Serena, Chile [email protected]

INTRODUCCIÓN La Ley Nº 18.450, de Fomento a la Inversión Privada en Obras de Riego y Drenaje, es un instrumento de estímulo a la construcción de pequeñas obras hidráulicas de uso agrícola que viene operando desde su promulgación el 30 de Octubre de 1985. Contemplada originalmente para mantenerse en vigor sólo durante ocho años, fue modificada en Agosto del 1994, ampliando su vigencia hasta el 31 de Diciembre de 1999 y posteriormente hasta el 1 de Enero del 2010. Marco Institucional La Comisión Nacional de Riego está compuesta por dos organismos: a) un Consejo, integrado por los Ministros de Agricultura, de Economía, Fomento y Reconstrucción, Hacienda, Obras Públicas y Planificación y Cooperación y b) una Secretaría Ejecutiva. La Secretaría Ejecutiva presenta dualidad de funciones, es la unidad administrativa ejecutora de la Comisión y a la vez, es una institución con funciones en determinadas materias de riego, particularmente con respecto a estudios y a la administración de la Ley 18.450 de Fomento a la inversión privada en obras de riego y drenaje, así como en actividades de transferencia tecnológica y de capacitación. En el sector riego participan un sinnúmero de instituciones públicas como la Dirección de Obras Hidráulicas, Dirección General de Aguas, Instituto Nacional de Desarrollo Agropecuario, Servicio Agrícola y Ganadero, así como otros organismos como el FOSIS, CONADI y CORFO que operan diversos instrumentos de apoyo para el desarrollo de estudios y construcción de obras menores y de riego.

Instrumento de Fomento La Ley, como instrumento de fomento, tiene por finalidad incrementar la superficie regada del país, provocar un mejoramiento del abastecimiento de agua en aquellas áreas regadas deficitariamente, incentivar el uso más eficiente de la aplicación del agua e incorporar nuevos suelos a la explotación agropecuaria, por la vía del eliminar el mal drenaje o puesta en riego predial. Es evidente que tras esas finalidades hay un objetivo trascendente, mejorar la productividad a objeto que los productores eleven sus ingresos y que los habitantes del área beneficiada mejoren su nivel y calidad de vida. La Ley opera mediante concursos públicos, llamados anualmente, para los distintos tipos de beneficiarios y obras, otorgando subsidios a proyectos cuyo costo no supera las U.F. 12.000 en el caso de proyectos individuales, ni sobrepasen las U.F. 24.000 ($ 406.921.680 ó US$ 621.339), en el caso de ser presentado por organizaciones de regantes. El monto máximo de bonificación al cual puede optar un proyecto determinado es del 75% del costo total del proyecto.

Concursos Públicos Los concursos se enmarcan en la normativa legal, administrativa y técnica vigente, la que está dada por la Ley, El Reglamento y las Bases Administrativas, Técnicas y Especiales de cada concurso. Pueden acogerse a la bonificación que establece esta Ley, individualmente o en forma colectiva, las personas, naturales ó jurídicas, propietarias, usufructuarias, poseedoras inscritas o meras tenedoras en proceso de regularización de títulos de predios agrícolas, por obras e inversiones que ejecuten en beneficio directo de los respectivos predios, así mismo organizaciones de usuarios previstas en el Código de aguas, incluidas comunidades no organizadas que hayan iniciado se proceso de constitución.

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Procedimientos

Los beneficiarios que desean acogerse a los beneficios de la Ley, deben presentar su proyecto al concurso de la categoría que le corresponde. La Comisión Nacional de riego llama anualmente a concursos públicos (Cuadro 1) a los cuales pueden postular los potenciales beneficiarios. Los proyectos deben ser suscritos por personas previamente calificadas e inscritas en el Registro de Consultores de la Dirección General de Obras Públicas. Los proyectos presentados a concurso constan de dos partes, a) la técnica en que se describen las obras a realizar, se presentan los cálculos hidrológicos para determinar la disponibilidad de aguas, cálculos hidráulicos, planos y presupuesto correspondiente, y b) la parte legal y administrativa en que se acredita el derecho de los predios y de los recursos hídricos disponibles para la realización del proyecto propuesto. La Ley dispone anualmente para llamados a concurso un monto de $ 24.000.000.000 equivalentes a US$ 40.000.000 anuales, distribuidos en un número de concursos variables para cada año, dependiendo de las demandas regionales, requerimientos históricos y decisión a nivel central.

Requisitos Los requisitos básicos son: acreditar la disponibilidad de suelos y recursos hídricos. Las obras posibles de bonificar son de construcción, reparación o ampliaciones: a. Pozos profundos o norias, y su habilitación b. Sistemas de riego tecnificados: goteo, microaspersión, aspersión, californiano c. Embalses de regulación corta y de temporada, estanque australiano d. Revestimientos de canales, bocatomas, sifones, obras de distribución compuertas,

aforadores, marcos partidores, acueductos, vertederos, defensa fluvial, desarenadotes e. Obras de drenaje superficial y subsuperficial Una vez revisados los proyectos, y estando conformes a la normativa vigente, la selección de los éstos se hace determinando para cada uno de ellos un puntaje que definirá su orden de prioridad. Puntajes Dicho puntaje tiene en cuenta los siguientes factores: a. Porcentaje del costo de ejecución del proyecto que será a cargo del interesado b. Superficie de nuevo riego que incorpora el proyecto o su equivalente cuando el proyecto

consulta mejoramiento de la seguridad de riego (ej. al cambiar la eficiencia del sistema de riego de surco a goteo)

c. Superficie de suelos improductivos por su mal drenaje que incorpora el proyecto a un uso agrícola sin restricciones de drenaje, o su equivalente cuando sólo se trate de un mejoramiento de la capacidad de uso de ellos

d. Costo total de la ejecución del proyecto por hectárea beneficiada e. Incremento de la potencialidad de los suelos que se regarán o drenarán, según la comuna en

que se encuentren ubicados Los factores señalados dan origen a las siguientes variables: a. Aporte b. Superficie c. Costo Calculadas las tres variables para cada proyecto concursante, se realiza el ordenamiento de acuerdo al valor que obtenga en cada variable. Finalmente se suman los puntajes obtenidos por cada proyecto y se ordenan de mayor a menor puntaje. Resultan aprobados, en su orden de prelación, los proyectos que obtienen los mejores puntajes y cuyas peticiones de bonificación quedan cubiertos totalmente con el fondo disponible para el concurso.


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Cuadro 1. Calendario de llamado a concurso año 2003

Concurso

Zona

Modalidad

Monto (mill $)

1. Riego y Secano Empresarial Nacional y Áreas de Secano

Pre-revisión 370

2. Riego Organizaciones de Usuarios

Nacional y prioridad regional

Pre-revisión 1.700

3. Drenaje Empresarios Medianos, Pequeños Productores Agrícolas y Comunidades de Drenaje

Nacional Pre-revisión 500

4. Riego Pequeños Productores Agrícolas y Org. de Usuarios de Pequeños Productores Agrícolas

Nacional Pre-revisión 1.600

5. Riego Empresarios Medianos Nacional Pre-revisión 2.530

6. Habilitación de Tranques, Organizaciones de Usuarios y Pequeños Productores Agrícolas

Regiones I a VIII Y Metropolitana

Pre-revisión 1.000

7. Pozos Centro-Sur Empresarios Medianos y Pequeños Prod. Agrícolas

Regiones VI y X Pre-revisión 1.300

8.Riego y Mitigación de la Contaminación de Recursos Hídricos-Organizaciones de Usuarios

Nacional y Obras Riego Plan Austral

Pre-revisión 2.700

9. Riego Plan Austral Pre-revisión 600

10. Tecnificación Proveedores CORFO (Pequeños y Medianos) y Tecnificación Empresarios Medianos

Nacional Pre-revisión 1.400

11. Riego Desarrollo Áreas Indígenas

Pre-revisión 200

12. Riego Aguas Certificadas y Pozos

Regiones IX y X Pre-revisión 500

13. Riego Pequeños Productores Agrícolas y Organizaciones de Usuarios de Pequeños Productores

I a IV Regiones Pre-revisión 1.300

14. Riego Pequeños Prod. Agrícolas y Org. de Usuarios Pequeños Productores

V, VI y Metropolitana Pre-revisión 1.600

15. Riego Pequeños Prod. Agrícolas y Org. de Usuarios Pequeños Prod. Agrícolas Macro Zona Sur

VII a X Pre-revisión 1.850

16. Riego Empresarios Medianos Regiones I a X y Metropolitana

Pre-revisión 2.800

17. Riego Pequeños Productores Agrícolas y Comunas Pobres

Pre-revisión 750

18. Riego Secano Empresarios Pre-revisión 1.300

Total ± 24.000

134

Finalizado el concurso, la Comisión Nacional de Riego pone en conocimiento público el resultado, mediante publicaciones en el diario oficial y un diario de circulación nacional. A contar de la fecha de publicación de los listados, el solicitante tiene un plazo de 10 días hábiles para reclamar ante la Comisión por su no admisión a concurso o por el puntaje asignado al su proyecto. Resuelta las reclamaciones o vencido el plazo para formularlas, la Comisión dicta una resolución en la cual se indica la nómina definitiva, de las personas cuyos proyectos han sido aprobados y se les adjudicará la correspondiente bonificación. Una vez tramitada la Resolución, la Comisión emite un certificado en que consta la adjudicación de la bonificación, certificado denominado Certificado de Bonificación al Riego y Drenaje (CBRD). Los adjudicatarios de la bonificación deben comunicar a la Comisión, dentro de los 30 días hábiles siguientes a la fecha de emisión del CBRD, la fecha de ejecución física de obras. También deben comunicar el término de las obras, a más tardar el último día del plazo de ejecución o de su prórroga, la que no puede exceder del plazo original. Los proyectos que obtienen el certificado de Bonificación de Riego y Drenaje CBRD, deben construir sus obras en un plazo no superior a 365 días. Por razones fundadas la Comisión podrá autorizar la prórroga de los plazos de inicio y término de obras, y ésta declarará el abandono del proyecto, si las obras no concluyen dentro de los 365 días o vencida su prórroga según sea el caso. La Comisión puede proponer o aceptar modificaciones a los proyectos una vez resuelto el concurso, para lo cual el solicitante debe presentar los antecedentes correspondientes para su revisión. Una vez construido el proyecto, y comunicado el término de obras, dentro del plazo de 90 días hábiles se efectúa la inspección completa y detallada de las obras por los profesionales del Servicio Agrícola y Ganadero (SAG) y de la Dirección de Obras Hidráulicas (DOH), que son los Servicios Regionales encargados para tal efecto, y se levanta el acta de recepción definitiva. Se cita al profesional responsable del proyecto y al supervisor para comprobar si la calidad y especificaciones técnicas se ajustan al proyecto o a las observaciones registradas en el Libro de Obras. Una vez recibida la obra, se informa a la Secretaría Ejecutiva, y esta a su vez a la Tesorería General de Gobierno para que realice el pago de la bonificación. El solicitante, además, deberá presentar la acreditación de las inversiones realizadas con la documentación correspondiente. Los bienes adquiridos con la bonificación no pueden ser enajenados del predio antes del vencimiento del plazo de 10 años, contados de la recepción definitiva de la obra. RESULTADOS

Los resultados obtenidos el año 2001 en asignación de recursos, según tipo de obras se pueden observar en la figura 1.

Figura 1. Porcentaje de bonificación por tipo de obra. Año 2001


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La asignación de recursos mediante la Ley 18.450, a nivel regional, entre los años 1998 al 2002, se observan en la figura 2.

0 , 0

1 . 0 0 0 , 0

2 . 0 0 0 , 0

3 . 0 0 0 , 0

4 . 0 0 0 , 0

5 . 0 0 0 , 0

6 . 0 0 0 , 0

7 . 0 0 0 , 0

1 9 9 8 4 9 5 , 1 1 . 2 4 6 , 0 1 . 5 9 7 , 8 1 . 4 7 8 , 0 2 . 8 9 9 , 5 8 0 2 , 3 5 1 3 , 8 2 3 9 , 6 2 3 5 , 0 1 0 0 , 0 2 9 6 , 6

1 9 9 9 4 8 5 , 6 4 9 4 , 4 4 9 1 , 3 2 . 1 3 1 , 4 2 . 0 3 5 , 0 1 . 9 9 6 , 1 5 . 7 6 8 , 6 2 . 8 9 6 , 1 2 . 0 6 1 , 3 5 9 0 , 4 2 3 6 , 3 1 2 7 , 4 3 0 7 , 6

2 0 0 0 9 8 0 , 8 7 4 8 , 4 2 . 5 1 2 , 3 1 . 6 9 9 , 2 2 . 2 9 6 , 7 5 . 4 4 3 , 9 2 . 4 2 5 , 7 1 . 9 0 4 , 8 6 1 2 , 9 3 0 0 , 8 1 5 8 , 8 3 3 7 , 8

2 0 0 1 2 0 5 , 6 1 0 8 , 8 1 . 1 9 9 , 9 3 . 9 2 1 , 8 1 . 5 8 3 , 8 2 . 9 5 4 , 0 6 . 4 9 0 , 8 3 . 1 2 6 , 8 8 3 3 , 5 1 . 1 0 7 , 8 1 2 2 , 8 5 0 , 0 7 9 8 , 8

2 0 0 2 1 9 8 , 8 3 3 , 0 9 7 7 , 3 3 . 2 2 3 , 3 1 . 9 1 7 , 0 2 . 5 7 2 , 9 6 . 0 0 0 , 0 2 . 8 3 3 , 4 3 8 6 , 4 6 4 3 , 5 2 3 5 , 2 8 4 , 1 1 . 0 7 5 , 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3

Figura 2. Montos bonificados por región y año de convocatoria

La focalización presupuestaria por tipo de beneficiario para el año 2002 se presenta en el cuadro 2.

Cuadro 2. Focalización presupuestaria por tipo de beneficiario año 2002

Tipo de beneficiario Monto asignado (Millones $) Porcentaje

Pequeños 10.150 42,3%

Medianos 9.550 38,8%

Organizaciones de Usuarios 3.800 15,8%

Empresarios 500 2,1%

Total 24.000 100%

CONCLUSIONES − La Ley 18.450, es un instrumento del estado que ha dado buenos resultados, por lo cual ha

sido prorrogada sobre su plazo inicial en dos oportunidades − Entre los años 1998-2002, las áreas del país que han usado mayormente este beneficio se

concentran entre la IV y VIII regiones, siendo las región más demandante la VII con alrededor de un 28% del total de los recursos.

− La bonificación otorgada para pequeños y medianos agricultores fue superior al 70% del monto total asignado en el año 2002.

− Las obras de drenaje y pozos, son las obras que tienen menores requerimientos de recursos de los montos disponibles en el país, lo que se puede apreciar claramente en año 2001.

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REFERENCIA

Ley 18.450, Texto Integral y Reglamento; Base de Datos Comisión Nacional de Riego


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Acciones a tomar para la evaluación de las propiedades hidráulicas de los suelos cubanos

Julián Herrera Puebla y Argelio Omar Fernández Richelme Centro de Hidrología y Calidad de las Aguas. Ave. Las Palmas # 18401 esquina a Independencia, Boyeros, Ciudad de la Habana, Cuba. [email protected] INTRODUCCIÓN Una de las mayores causas de la degradación de los cuerpos de agua es la polución no puntual que ocasionan las áreas agrícolas, principalmente como producto secundario de la degradación de los suelos. El proceso de degradación del suelo ocurre fundamentalmente a través de cambios en sus propiedades y estas a su vez influyen en la disposición del mismo para dejar pasar o transferir contaminantes hacia los cuerpos de agua. En consecuencia, el manejo del agua es esencial para el soporte de un manejo sostenible de la tierra. El uso de la tierra también afecta las características físicas de la misma que influyen sobre el flujo del agua y puede alterar sus características químicas. Por tanto puede afirmarse que “una decisión en el us o de la tierra, es una decisión sobre el uso del agua y por tanto, las regulaciones en el uso de la tierra son necesarias con el propósito de proteger el agua”. La predicción del impacto que podría ocasionar un sistema de manejo del suelo sobre el agua en particular y sobre el ambiente en general es posible hoy en día mediante el uso de la modelación matemática. De igual modo la previsión del efecto de los cambios climáticos globales sobre el suelo es factible a través de estas herramientas, pero la aplicación de las mismas requiere del conocimiento de algunas propiedades básicas de ellos expresadas en forma cuantitativa y cuya medida sea repetitiva. Los modelos de simulación han devenido una herramienta indispensable en la investigación con vistas a cuantificar e integrar los más importantes procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en la zona no saturada de los suelos agrícolas. En varios campos de estudio del medio ambiente tales como la hidrología, el análisis de riesgo ambiental y el impacto de los cambios globales en los que la aplicación de la modelación ha devenido una herramienta indispensable, la falta de parámetros seguros de las propiedades hidráulicas de los suelos es considerado el mayor obstáculo para el progreso Varios modelos para la estimación de la capacidad potencial de un pesticida para la contaminación del suelo y el manto freático, trabajo aún no desarrollados en Cuba, basan su acción en propiedades del suelo tales como el contenido de agua a capacidad de campo y la densidad aparente del suelo (Rao et al, 1985; Jury et al, 1987). La factibilidad del uso de modelos de predicción del rendimiento como el SWACROP, para el caso de la papa (Solanum tuberosum) en Cuba ha sido demostrada por Ruiz (1997); mientras que Rodríguez y López (2000) validaron el modelo MACRO para la obtención del balance hídrico del suelo y Rodríguez y López (2000), mediante el empleo de un SIG demostraron lo acertado del uso de estas herramientas para la planificación de los recursos en la operación de un sistema de riego en arroz. En todos los casos, los autores citados coinciden al afirmar que las propiedades hidrofísicas constituyen una de las mayores fuentes de sensibilidad en la validación de los mismos. Por otra parte, a pesar de que los suelos constituyen uno de las cinco principales fuentes globales de carbono, según Lal (1999), hasta el momento ha sido difícil el estimado de las perdidas históricas de carbono de los suelos (y de la biomasa terrestre) por falta de datos que permitan trazar una línea de base para estos estudios; de acuerdo con este mismo autor la magnitud y el rango de perdida del C del suelo se exacerba por la degradación del mismo y por el declinar de su calidad. Los principales procesos de degradación del suelo incluyen a los de índole física, química y biológica. En particular los primeros conducen y son causados por la perdida de la agregación, encostramiento, compactación, anaerobiosis, incremento del escurrimiento y erosión del suelo. La erosión del suelo y la sedimentación provoca el secuestro del carbono en los sitios de

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deposición y en los ecosistemas acuáticos, y a su vez los suelos erosionados y el C contenido en los sedimentos se redistribuyen en el paisaje y pueden constituir una perdida neta de C a la atmósfera. Como quiera que cualquier estrategia en aras de la recuperación de suelos degradados debe tomar en cuenta el incremento de la calidad del suelo, uno de cuyos componentes importantes es la calidad física, es de suma importancia el conocer y cuantificar los parámetros que determinan esta calidad, de ahí también la importancia de contar en nuestras condiciones con una base de datos de estas propiedades. La medición en el campo o en el laboratorio de estas propiedades consume mucho tiempo, dinero y frecuentemente es impracticable debido al alto grado de variación espacial y temporal, por lo que muchos autores han intentado encontrar métodos indirectos para estimar las mismas a partir del conocimiento de otras propiedades físicas del suelo menos complejas de medir y disponibles en muchas bases de datos. Estos métodos permiten convertir la información básica de levantamientos de suelos, bases de datos de sistemas de información geográfica e imágenes satélites en mapas de propiedades hidráulicas, lo que permite describir la calidad del suelo desde el punto de vista hídrico y monitorear el efecto del manejo agrícola. Existen muchos grupos de usuarios potenciales para la información generada, los hidrólogos necesitan estimar el contenido de agua en el suelo y la tensión para dividir la lluvia en los componentes que escurren e infiltran, los agrónomos necesitan el mismo dato para la entrada en los modelos de simulación del rendimiento de los cultivos, usado para establecer esquemas de riego y los meteorólogos usan la humedad del suelo superficial para dividir la radiación neta en componente de calor sensible y latente (Rawls et al, 1991). Con la obra de Bennett y Allison (1928) primero y luego con el impulso dado por la revolución al desarrollo del conocimiento de los recursos del país que permitió la realización de un mapa a escala 1: 50.000 en 1972 y más recientemente la culminación del mapa 1: 25.000, se puede afirmar que hay un amplio conocimiento en el país sobre las características cualitativas y la taxonomía de nuestros suelos. El conocimiento de sus características físicas no ha seguido el mismo camino. Así en la obra de Bennett y Allison (1929), se reportan pocos perfiles con propiedades hidráulicas de los suelos, mientras que si bien la realización del trabajo de campo para los mapas 1:50 000 y 1:25 000, permitió la determinación en campo y laboratorio de las propiedades físicas, estas aún no han sido ordenadas de modo que sean de fácil uso al interesado. No obstante, publicaciones aisladas, algunos de carácter general (Klimes et al., 1980) Con relación a las propiedades de los suelos con mal drenaje; Nakdidze y Simeon (1972), enfocados a los estudios de riego; Herrera et al. (1985), al realizar una regionalización hidrológica de los suelos cubanos, así como otros informes aislados del Instituto de Investigación y Empresas de Proyectos. Lo anterior indica que además de los estudios referidos a los mapas 1:50 000 y 1:25 000, otros centro como el Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje y el Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos, han realizado importantes esfuerzos en la determinación de las propiedades hidrofísicas de los suelos cubanos, sin embargo hasta el momento no existe una base de datos central, que permita su uso por los diferentes sectores, encontrándose la mayor parte de esta información en formato de papel, en copias casi siempre únicas, de difícil consulta. OBJETIVOS El Centro de Hidrología y Calidad de las Aguas del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos presenta al Programa Nacional Científico Técnico “Cambios Globales” del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente, un proyecto de investigación con el objetivo general de conformar una base de datos de las propiedades hidrológicas de los suelos cubanos y los siguientes objetivos específicos: - Desarrollar una estructura flexible de base de datos que contenga una gama amplia de

propiedades físicas e hidráulicas de los suelos cubanos y que permita la fácil manipulación de los mismos.

- Desarrollo de funciones de pedotransferencia. - Desarrollar salidas de aplicación de la base de datos como: Mapa de capacidad de

almacenamiento de agua de los suelos cubanos, familia de curvas de infiltración,


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agrupamiento hidrológico de los suelos cubanos, potencial de impacto de los pesticidas de más uso en el país según el tipo de suelo.

ACCIONES A SEGUIR Como parte de las acciones preparatorias de este proyecto se han sostenido conversaciones con técnicos y directivos de las principales instituciones poseedoras de información sobre propiedades físicas e hidráulicas de los suelos (INRH, Instituto de Suelos e Instituto de Riego y Drenaje) y han respondido de forma entusiasta a la idea de colaborar en la concepción de una base de datos central. Para el establecimiento y uso de una base de datos de este tipo se realizaran las siguientes acciones: - Desarrollar una estructura flexible de base de datos que contenga una gama amplia de

propiedades físicas e hidráulicas de los suelos cubanos y que permita la fácil manipulación de los mismos.

- Recopilar y seleccionar los datos acorde con su calidad. - Compilar los mismos en soporte magnético. - Procesamiento de los datos introducidos lo cual incluye la estandarización de algunas

medidas y la parametrización de las propiedades hidráulicas. - Desarrollo de funciones de pedotransferencia. - Desarrollar salidas de aplicación de la base de datos en su mayoría soportadas sobre SIG. En cuanto a las funciones de pedotransferencia es bueno señalar que, propiedades como la capacidad de retención de agua en el suelo y las curvas de conductividad hídrica son elementos claves para caracterizar el movimiento del agua y los solutos en la zona no saturada del suelo. A pesar del esfuerzo en el desarrollo de nuevas técnicas de medida de estas propiedades, aún continúan siendo difíciles y caros de medir, especialmente utilizando como se requiere muestras de suelo no disturbados. Una alternativa para la medición directa de los mismo es la estimación de ellas a través de las llamadas funciones de pedotransferencia (Wösten et al, 1999), las cuales relacionan las propiedades hidráulicas con datos de suelos mas numerosos y fáciles de medir como la textura del suelo, el contenido de humedad u otras propiedades mas convenientes en los estudios cartográficos del suelo. Un requisito previo al establecimiento de estas funciones para que puedan ser aplicadas a escala del país, es la disponibilidad de una base de datos que constituya la información sobre los datos básicos de suelo y de los parámetros hidráulicos de los mismos para la mayor cantidad posibles de sitios en el país. Con los métodos indirectos se persigue una mayor simplicidad y rapidez ya que para muchos suelos, los métodos convencionales resultan tediosos y consumen mucho tiempo. Igualmente cobran fuerza los métodos anteriores por la necesidad de estudios regionales que requieren el conocimiento de la variabilidad espacial de las propiedades. Según Rawls et al. (1991) existen dos grupos de modelos de predicción; los que estiman puntos específicos de la curva y los que estiman parámetros de los modelos de retención de humedad, ambos a partir de las propiedades y las características físicas de los suelos mediante análisis de regresión. Una aproximación más amplia es propuesta por Tietje and Tapkenhinrichs (1993) quien agrupa los mismos en: - Métodos de regresión puntuales - Métodos de regresión de parámetros funcionales - Métodos de modelos físicos En el primer caso, se agrupan los modelos más empíricos y se utilizan datos básicos de suelo para predecir el contenido de humedad a determinado potencial mátrico a partir del análisis de regresión (generalmente lineal múltiple). Dentro de este grupo se encuentran los modelos encontrados por Gupta and Larson (1979); Rawls et al. (1991); entre otros. El segundo método incluye los modelos que predicen los parámetros de una curva de retención de humedad, usualmente las funciones de Brooks and Corey (1964), Campbell (1974) y van Genuchten (1980) y pueden ser estimados a partir de regresión u otros estimadores. Una ventaja de estas funciones es que describen la curva características en términos de parámetros interpretables y pueden ser usados en modelos de simulación agua-suelo más fácil que el conjunto de puntos que conforman la curva características de humedad en el suelo. En este grupo se pueden mencionar los modelos encontrados por Vereecken et al. (1992), Wösten and van Genuchten (1988); Schaap and Bouten (1996); entre otros no menos importantes.

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El ultimo grupo se refiere a los modelos semi físicos, porque ellos usan la similitud de forma entre el tamaño de los poros y la distribución del tamaño de las partículas, pero también requieren parámetros empíricos, como ejemplo tenemos el modelo de Arya and Paris (1981) Esto modelo se basa en 3 criterios fundamentales: la distribución del tamaño de poros es calculado desde la distribución del tamaño de partículas, el contenido de humedad se predice a partir de la distribución del tamaño de poros mediante la conservación de masa y el potencial mátrico se predice desde la distribución del tamaño de poros por medio de la ecuación de capilaridad. Las tres clases de modelos tienen sus razones para existir, usualmente ellos sirven como funciones de pedotransferencia, las cuales predicen la curva característica de humedad desde las propiedades del suelo medidas fácilmente, para lo cual los dos primeros métodos funcionan muy bien (Tietje and Tapkenhinrichs, 1993). Los métodos semifisicos son preferidos para comprender las interioridades de las relaciones entre las propiedades básicas del suelo y la curva características. Estos modelos son generalmente complejos, a veces difíciles de parametrizar y pueden fallar en la predicción de la curva característica.

RESULTADOS ESPERADOS Mediante este proyecto se obtendrá una base de datos en soporte magnético, realizada sobre Microsoft Access, el cual es un gestor de bases de datos, de fácil de utilización y ampliamente conocido en el país. Esta base de datos contendrá información sobre más de 10 propiedades hidrofísicas e hidráulicas de los suelos cubanos, los que se agruparan acorde con la 3ra clasificación genética de los suelos de Cuba y con la clasificación FAO-UNESCO. De la conformación de esta base de datos podrían inmediatamente extraerse los siguientes resultados: Parámetros estadísticos de las principales propiedades hidráulicas y físicas de los suelos cubanos y la obtención de una buena base para cada propiedad y suelo; Familia de curvas de infiltración y clasificación hidrológica de los suelos cubanos, ambos aspectos de primordial importancia en la determinación de las necesidades de agua de los cultivos, de los riesgos de erosión hídrica y del escurrimiento total y los gastos máximos en el ámbito de la cuenca hidrográfica; Impactos de los contaminantes (pesticidas y fertilizantes) sobre el suelo y el manto freático. A partir de estos datos es posible la validación de modelos analíticos para la estimación de las propiedades hidráulicas, el uso de modelos para la estimación de la contaminación y del efecto de los cambios climáticos. También servirá d referencia para estimar en la actualidad o en el futuro los cambios que ocurren en las propiedades de los suelos y de ahí determinar el efecto de degradación o mejora El cumplimiento del objetivo del proyecto permitirá al Programa Nacional Científico Técnico “Cambios Globales”, disponer de una base de datos que puede ser utilizada en otros proyectos en los cuales se estudian aspectos tan importantes como el ciclo hidrológico o la evolución de los suelos cubanos frente al cambio global. Esto toma aun más importancia si se tiene en cuenta que muchas de las determinaciones de las propiedades que recogerá la base de datos fueron realizadas en la década de los 70, es decir antes de que comenzara el gran desarrollo hidroagrícola del país por lo que pueden servir de referencia para la determinación de su estado actual de evolución. Por otra parte es un fondo de incuestionable valor a la hora de utilizar modelos de predicción. Esta base de datos constituye un fondo importante de conocimiento de un importante recurso natural, el suelo, también permitirá resguardar un banco de datos acumulado por el trabajo de varias instituciones durante los últimos 40 años y que de no ejecutarse este proyecto podrían perderse. Pondrá a disposición de los interesados un banco de datos en la actualidad de muy difícil acceso, lo que posibilitará la introducción de modelos de predicción en todos los campos donde el suelo juega un papel determinante o influye sobre el mismo. REFERENCIAS

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Brooks R. H.; A. T. Corey 1964. Hydraulic properties of porous media. Colorado State University. Hydrological Paper No. 3, 27 p.

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Cuba. Voluntad Hidráulica. 10(23). Rao P. S. C.; A. Horsby; R. Jessup. 1985. Indices for ranking the potential for pesticides

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sistemas arroceros mediante el empleo de modelos de simulación y SIG. Investigación Agrária. Serie Producción y Protección Vegetal. 15(3):17-30.

Ruiz María E. 1997. Utilización del modelo swacrop en la simulación del uso del agua y el rendimiento de la papa (Solanum Tuberosum l.c.v. Desiree) en suelos ferralíticos rojos. Tesis en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Agrícolas. La Habana, 101pp.

Schaap M. G.; W. Bouten. 1996. Modelling water retention curves of sandy soils using neutral networks. Water Resource Res. 32(10): 3033-3040

Tietje O.; M. Tapkenhinrichs. 1993. Evaluation of pedotransfer functions. Soil Sci. Soc. Am. J. 57: 1088-1095.

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Vereecken H.; J. Diels; J. V. Orshoven; J. Feyen; J. Bouma. 1992. Functional evaluation of pedotransfer functions for the estimation of soil hydraulic properties. Soil Sci. Soc. Am. J., 56(5): 1371-1378.

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Wösten J. H. M.; A. Lilly; A. Nemes; C. Le Bas (1999). Development and use of a database of hydraulic properties of European soils. Geoderma (90): 169-185.

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