Control de la salinidad del suelo

El control de la salinidad del suelo se refiere al control del proceso y la progresión de la salinización para prevenir la degradación del suelo por salinización y la recuperación de suelos ya salinos. La recuperación del suelo también se conoce como mejora, rehabilitación, remediación , remediación o amenorización del suelo.

La principal causa antropogénica de la salinización es el riego . El agua de río o subterránea utilizada para el riego contiene sales, que permanecen en el suelo después de que el agua se haya evaporado .

El método principal para controlar la salinidad del suelo consiste en permitir que entre el 10 % y el 20 % del agua de riego se filtre en el suelo, para que sea drenada y evacuada a través de un sistema de drenaje adecuado . La concentración de sal en el agua de drenaje suele ser de 5 a 10 veces mayor que la del agua de riego, lo que significa que la exportación de sal se ajustará mejor a la importación y no se acumulará.

Los suelos salinos tienen un alto contenido de sal . La sal predominante suele ser el cloruro de sodio (NaCl, "sal de mesa"). Por lo tanto, los suelos salinos también son suelos sódicos , pero puede haber suelos sódicos que no sean salinos, sino alcalinos .

Según un estudio de la Universidad de las Naciones Unidas , alrededor de 62 millones de hectáreas (240 mil millas cuadradas; 150 millones de acres) , que representan el 20% de las tierras de regadío del mundo, están afectadas, frente a los 45 millones de ha (170 mil millas cuadradas ; 110 millones de acres) de principios de la década de 1990. ^{[ 1 ]} En la llanura indogangética , hogar de más del 10% de la población mundial , las pérdidas de rendimiento de los cultivos de trigo , arroz , caña de azúcar y algodón cultivados en tierras afectadas por la salinidad podrían ser del 40%, 45%, 48% y 63%, respectivamente. ^{[ 1 ]}         

Los suelos salinos son una característica común y un problema ambiental en las tierras de regadío de las regiones áridas y semiáridas , lo que resulta en una producción agrícola escasa o nula. ^{[ 2 ]} Las causas de los suelos salinos suelen estar asociadas con niveles freáticos elevados , que se deben a la falta de drenaje subterráneo natural . El drenaje subterráneo deficiente puede deberse a una capacidad de transporte insuficiente del acuífero o a que el agua no puede salir del acuífero, por ejemplo, si este se encuentra en una depresión topográfica .

A nivel mundial, el factor principal en el desarrollo de suelos salinos es la falta de precipitaciones . La mayoría de los suelos salinos naturales se encuentran en regiones y climas (semi)áridos del planeta.

Causa principal

La salinización antropogénica se debe principalmente a la sal presente en el agua de riego. Toda el agua de riego procedente de ríos o acuíferos, independientemente de su pureza, contiene sales que permanecen en el suelo tras su evaporación.

Por ejemplo, si se considera que el agua de riego tiene una baja concentración de sales de 0,3 g/L (equivalente a 0,3  kg/m³ ^, lo que corresponde a una conductividad eléctrica de aproximadamente 0,5 FdS/m) y un suministro anual moderado de 10 000 m³ ^/ ha (casi 3  mm/día), se aportan 3000  kg de sal/ha cada año. En ausencia de un drenaje natural suficiente (como en suelos anegados) y de un programa adecuado de lixiviación y drenaje para eliminar las sales, esto provocaría una alta salinidad del suelo y una reducción del rendimiento de los cultivos a largo plazo.

Gran parte del agua utilizada para el riego tiene una concentración de sales superior a 0,3  g/L, un problema que se agrava debido a que los proyectos de riego consumen un suministro anual de agua mucho mayor. La caña de azúcar , por ejemplo, necesita unos 20 000 m³ ^/ ha de agua al año. Como consecuencia, las zonas de regadío suelen recibir más de 3000  kg/ha de sal al año, y algunas llegan a recibir hasta 10 000  kg/ha/año.

zona afectada por la sal

Normalmente, la salinización de las tierras agrícolas afecta a una superficie considerable, entre el 20 % y el 30 %, en los proyectos de riego. Cuando se abandona la agricultura en esa fracción de la tierra, se alcanza un nuevo equilibrio hídrico y salino , se restablece la estabilidad y la situación se estabiliza.

Solo en la India , miles de kilómetros cuadrados se han salinizado gravemente. China y Pakistán no se quedan atrás (quizás China tenga incluso más tierras afectadas por la salinidad que la India). La distribución regional de los 3.230.000  km² de tierras salinas en todo el mundo se muestra en la siguiente tabla ^, derivada del Mapa Mundial de Suelos de la FAO / UNESCO . ^{[ 4 ]}

El drenaje es el método principal para controlar la salinidad del suelo. El sistema debe permitir que una pequeña fracción del agua de riego (aproximadamente del 10 al 20 por ciento, la fracción de drenaje o lixiviación) se drene y se descargue fuera del proyecto de riego. ^{[ 12 ]}

En las zonas de regadío donde la salinidad es estable, la concentración de sal en el agua de drenaje suele ser de 5 a 10 veces mayor que la del agua de riego. La exportación de sal se compensa con la importación de sal, por lo que esta no se acumula.

Al recuperar suelos ya salinizados, la concentración de sal en el agua de drenaje será inicialmente mucho mayor que la del agua de riego (por ejemplo, 50 veces mayor). La exportación de sal superará ampliamente la importación, de modo que con la misma fracción de drenaje se produce una rápida desalinización. Después de uno o dos años, la salinidad del suelo disminuye tanto que la salinidad del agua de drenaje se normaliza y se alcanza un nuevo equilibrio favorable.

En regiones con estaciones secas y lluviosas bien definidas , el sistema de drenaje puede funcionar solo durante la estación lluviosa y cerrarse durante la estación seca. Esta práctica de drenaje controlado permite ahorrar agua de riego.

El vertido de aguas residuales salinas puede generar problemas ambientales en las zonas aguas abajo. Es fundamental evaluar cuidadosamente los riesgos ambientales y, de ser necesario, adoptar medidas de mitigación. De ser posible, el vertido debe limitarse a la temporada de lluvias, cuando el efluente salino causa el menor daño.

El drenaje de terrenos para el control de la salinidad del suelo se realiza generalmente mediante un sistema de drenaje horizontal (figura de la izquierda), pero también se emplean sistemas verticales (figura de la derecha).

El sistema de drenaje diseñado para evacuar el agua salada también reduce el nivel freático . Para reducir el costo del sistema, este descenso debe minimizarse. El nivel freático máximo permitido (o la profundidad mínima permitida) depende de las prácticas de riego y agrícolas, así como del tipo de cultivos.

En muchos casos, una profundidad media estacional del nivel freático de 0,6 a 0,8 m es suficiente. Esto significa que, ocasionalmente, el nivel freático puede ser inferior a 0,6 m (por ejemplo, 0,2 m justo después de un riego o una tormenta). Esto implica automáticamente que, en otras ocasiones, el nivel freático será superior a 0,8 m (por ejemplo, 1,2 m). La fluctuación del nivel freático favorece la respiración del suelo, ya que promueve la expulsión del dióxido de carbono (CO₂ ₎ producido por las raíces de las plantas y la absorción de oxígeno fresco (O₂ _{) .}

El establecimiento de un nivel freático no demasiado profundo ofrece la ventaja adicional de que se desalienta el riego excesivo de los campos, ya que el rendimiento de los cultivos se vería afectado negativamente por el consiguiente aumento del nivel freático, y se puede ahorrar agua de riego.

Las afirmaciones anteriores sobre la profundidad óptima del nivel freático son muy generales, ya que en algunos casos el nivel freático requerido puede ser aún menos profundo de lo indicado (por ejemplo, en arrozales), mientras que en otros casos debe ser considerablemente más profundo (por ejemplo, en algunos huertos ). El establecimiento de la profundidad óptima del nivel freático se enmarca dentro de los criterios de drenaje agrícola . ^{[ 13 ]}

La zona vadosa del suelo por debajo de la superficie del suelo y el nivel freático está sujeta a cuatro factores hidrológicos principales de entrada y salida: ^{[ 3 ]}

• Infiltración del agua de lluvia y de riego (Irr) en el suelo a través de la superficie del suelo (Inf)  :
• Inf = Lluvia + Irr
• Evaporación del agua del suelo a través de las plantas y directamente al aire a través de la superficie del suelo (Evap).
• Percolación del agua desde el suelo de la zona no saturada hacia el agua subterránea a través del nivel freático (Perc).
• Ascenso capilar del agua subterránea que se mueve por fuerzas de succión capilar hacia la zona no saturada (Cap).

En estado estacionario (es decir, la cantidad de agua almacenada en la zona no saturada no cambia a largo plazo), el balance hídrico de la zona no saturada se expresa como: Entrada = Salida, por lo tanto:

• Inf + Cap = Evap + Perc o:
• Irr + Lluvia + Cap = Evap + Perc

y el equilibrio de sal es

• Irr.Ci + Cap.Cc = Evap.Fc.Ce + Perc.Cp + Ss

donde Ci es la concentración de sal del agua de riego, Cc es la concentración de sal del ascenso capilar, igual a la concentración de sal de la parte superior del cuerpo de agua subterránea, Fc es la fracción de la evaporación total transpirada por las plantas, Ce es la concentración de sal del agua absorbida por las raíces de las plantas, Cp es la concentración de sal del agua de percolación y Ss es el aumento del almacenamiento de sal en el suelo no saturado. Esto supone que la lluvia no contiene sales. Solo a lo largo de la costa esto puede no ser cierto. Además, se supone que no hay escorrentía ni drenaje superficial. La cantidad eliminada por las plantas (Evap.Fc.Ce) suele ser insignificante: Evap.Fc.Ce = 0

La concentración de sal Cp puede tomarse como parte de la concentración de sal del suelo en la zona no saturada (Cu), lo que da como resultado: Cp = Le·Cu, donde Le es la eficiencia de lixiviación . La eficiencia de lixiviación suele estar en el orden de 0,7 a 0,8, ^{[ 14 ]} pero en suelos arcillosos pesados ​​y mal estructurados puede ser menor. En el pólder de Leziria Grande , en el delta del río Tajo en Portugal, se encontró que la eficiencia de lixiviación era de solo 0,15. ^{[ 15 ]} Suponiendo que se desea evitar que la salinidad del suelo aumente y mantener la salinidad del suelo Cu en un nivel deseado Cd, tenemos: Ss = 0, Cu = Cd y Cp = Le·Cd. Por lo tanto, el balance de sales se puede simplificar a:

• Perc.Le.Cd = Irr.Ci + Cap.Cc

Si se establece la cantidad de agua de percolación necesaria para cumplir con este balance de sales igual a Lr (el requerimiento de lixiviación ), se encuentra que:

• Lr = (Irr.Ci + Cap.Cc) / Le.Cd .

Sustituyendo aquí Irr = Evap + Perc − Rain − Cap y reordenando se obtiene  :

• Lr = [ (Evap − Lluvia).Ci + Cap(Cc − Ci) ] / (Le.Cd − Ci) ^{[ 12 ]}

With this the irrigation and drainage requirements for salinity control can be computed too. In irrigation projects in (semi)arid zones and climates it is important to check the leaching requirement, whereby the field irrigation efficiency (indicating the fraction of irrigation water percolating to the underground) is to be taken into account. The desired soil salinity level Cd depends on the crop tolerance to salt. The University of Wyoming,^[10] US, and the Government of Alberta,^[11] Canada, report crop tolerance data.

In irrigated lands with scarce water resources suffering from drainage (high water table) and soil salinity problems, strip cropping is sometimes practiced with strips of land where every other strip is irrigated while the strips in between are left permanently fallow.^[16]

Owing to the water application in the irrigated strips they have a higher water table which induces flow of groundwater to the unirrigated strips. This flow functions as subsurface drainage for the irrigated strips, whereby the water table is maintained at a not-too-shallow depth, leaching of the soil is possible, and the soil salinity can be controlled at an acceptably low level.

In the unirrigated (sacrificial) strips the soil is dry and the groundwater comes up by capillary rise and evaporates leaving the salts behind, so that here the soil salinizes. Nevertheless, they can have some use for livestock, sowing salinity resistant grasses or weeds. Moreover, useful salt resistant trees can be planted like Casuarina, Eucalyptus, or Atriplex, keeping in mind that the trees have deep rooting systems and the salinity of the wet subsoil is less than of the topsoil. In these ways wind erosion can be controlled. The unirrigated strips can also be used for salt harvesting.

La mayoría de los modelos informáticos disponibles para el transporte de agua y solutos en el suelo (por ejemplo, SWAP, ^{[ 17 ]} DrainMod-S, ^{[ 18 ]} UnSatChem, ^{[ 19 ]} y Hydrus ^{[ 20 ]} ) se basan en la ecuación diferencial de Richard para el movimiento del agua en suelos no saturados en combinación con la ecuación diferencial de convección-difusión de Fick para la advección y dispersión de sales.

Los modelos requieren la introducción de características del suelo, como las relaciones entre el contenido variable de humedad del suelo no saturado , la tensión del agua, la curva de retención de agua , la conductividad hidráulica no saturada , la dispersividad y la difusividad . Estas relaciones varían considerablemente de un lugar a otro y de un momento a otro, y no son fáciles de medir. Además, los modelos son complejos de calibrar en condiciones de campo agrícola debido a la gran variabilidad espacial de la salinidad del suelo. Los modelos utilizan intervalos de tiempo cortos y necesitan al menos una base de datos diaria, si no horaria, de fenómenos hidrológicos . En definitiva, esto hace que la aplicación de los modelos a un proyecto de gran envergadura sea tarea de un equipo de especialistas con amplias instalaciones.

También existen modelos más sencillos, como SaltMod [ ^{5 ] ,} basados ​​en balances hídricos y del suelo mensuales o estacionales y una función empírica de ascenso capilar. Estos modelos son útiles para realizar predicciones de salinidad a largo plazo en relación con las prácticas de riego y drenaje .

LeachMod, ^{[ 21 ] [ 22 ]} El uso de los principios de SaltMod ayuda a analizar experimentos de lixiviación en los que se monitoreó la salinidad del suelo en varias capas de la zona radicular, mientras que el modelo optimizará el valor de la eficiencia de lixiviación de cada capa para que se obtenga un ajuste de los valores de salinidad del suelo observados con los simulados.

Las variaciones espaciales debidas a variaciones en la topografía pueden simularse y predecirse utilizando modelos de salinidad y aguas subterráneas , como SahysMod .

• Suelos alcalinos : tipo de suelo con pH > 8,5. Páginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento. 
• Biosalinidad : uso de agua salada para riego. 
• Tolerancia de los cultivos al agua de mar : calidad en los cultivos. 
• Desalinización : Eliminación de sales del agua. 
• Halófita – Planta tolerante a la sal 
• Halotolerancia : Adaptación de los organismos vivos a condiciones de alta salinidad. 
• Tolerancia a la salinidad de los cultivos
• El sodio en biología

• Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura sobre la salinidad del suelo
• Laboratorio de Salinidad de EE. UU. en Riverside, California.