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Erosión por labranza

Cimas erosionadas debido a la erosión causada por el laboreo. La erosión por labranza es una forma de erosión del suelo que ocurre en campos cultivados debido al movimiento del ...

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Cimas erosionadas debido a la erosión causada por el laboreo.

La erosión por labranza es una forma de erosión del suelo que ocurre en campos cultivados debido al movimiento del suelo por la labranza . [ 1 ] [ 2 ] Existe evidencia creciente de que la erosión por labranza es un proceso importante de erosión del suelo en tierras agrícolas, superando la erosión hídrica y eólica en muchos campos en todo el mundo, especialmente en tierras inclinadas y montañosas. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Un patrón espacial característico de erosión del suelo que se muestra en muchos manuales y folletos sobre erosión hídrica, las cimas de las colinas erosionadas, en realidad es causado por la erosión por labranza, ya que la erosión hídrica causa principalmente pérdidas de suelo en los segmentos de pendiente media e inferior de una ladera, no en las cimas de las colinas. [ 6 ] [ 1 ] [ 3 ] La erosión por labranza produce degradación del suelo, lo que puede llevar a una reducción significativa en el rendimiento de los cultivos y, por lo tanto, pérdidas económicas para la explotación agrícola. [ 7 ] [ 8 ]

Erosión por labranza en campos con terrazas de desviación

Proceso físico

Conceptualmente, el proceso de erosión por labranza (E Ti ) puede describirse como una función de la erosividad de la labranza (ET) y la erosionabilidad del paisaje (EL): [ 9 ]

E Ti = f(ET, EL)

La erosividad de la labranza (ET) se define como la propensión de una operación de labranza, o una secuencia de operaciones, a erosionar el suelo y se ve afectada por el diseño y el funcionamiento del implemento de labranza (por ejemplo, el tamaño, la disposición y la forma de las herramientas de labranza, la velocidad y la profundidad de la labranza). La erosionabilidad del paisaje (EL) se define como la propensión de un paisaje a ser erosionado por la labranza y se ve afectada por la topografía del paisaje (por ejemplo, la pendiente y la curvatura de la pendiente) y las propiedades del suelo (por ejemplo, la textura, la estructura, la densidad aparente y el contenido de humedad del suelo).

La erosión por labranza se produce como resultado de cambios en la translocación de labranza (movimiento del suelo por labranza) a través del campo. La translocación de labranza se expresa como una función lineal de la pendiente (θ) y la curvatura de la pendiente (φ): [ 9 ]

T M = α + β θ + γ φ

donde T M es la translocación por labranza; α es la translocación por labranza en la superficie plana del suelo; β y γ son coeficientes que describen la translocación adicional resultante de la pendiente y la curvatura de la pendiente, respectivamente. La erosión por labranza, que es la translocación neta por labranza, se calcula entonces como:

T M Neto = ΔT M = β Δθ + γ Δφ

Para una unidad de área A en un campo cultivado, la tasa de erosión por labranza para una operación de labranza se puede calcular de la siguiente manera:

E Ti = (T M out – T M in ) / A = [β (θ out - θ in ) + γ (φ out - φ in )] / A

donde E Ti es la tasa de erosión por labranza para la operación de labranza; T M out es la translocación de labranza saliente o la cantidad de suelo que se mueve fuera de A; y T M in es la translocación de labranza entrante o la cantidad de suelo que se mueve hacia A; θ out es la pendiente saliente a lo largo de la dirección de labranza, θ in es la pendiente entrante a lo largo de la dirección de labranza; φ out es la curvatura de la pendiente saliente a lo largo de la dirección de labranza, φ in es la curvatura de la pendiente entrante a lo largo de la dirección de labranza.

Patrones espaciales

Los patrones espaciales típicos de erosión por labranza observados en campos cultivados están relacionados con la topografía local: pérdida de suelo en las cimas de las colinas (convexidades) y acumulación de suelo en las depresiones (concavidades) ; o con los límites del campo: pérdida de suelo en la parte inferior de un límite de campo y acumulación de suelo en la parte superior de un límite de campo . [ 3 ] [ 6 ] La erosión por labranza relacionada con la topografía local es más pronunciada en paisajes ondulados con cimas de colinas erosionadas que a menudo presentan un color de suelo claro debido a la pérdida de la capa superficial rica en materia orgánica , un fenómeno que a menudo se asume erróneamente como resultado de la erosión hídrica. La erosión por labranza relacionada con los límites del campo está determinada no solo por la topografía sino también por las direcciones de labranza y es responsable de la formación de taludes y terrazas de labranza. [ 10 ] [ 11 ]

Medición

La erosión por labranza puede medirse mediante la medición de la translocación de labranza o la medición de la pérdida y acumulación de suelo. [ 12 ] La translocación de labranza normalmente se mide con un trazador que se incorpora al suelo en parcelas. Las distribuciones del trazador antes y después de la labranza se utilizan para calcular la translocación de labranza. Se utilizan dos tipos de trazadores, trazadores puntuales, [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] y trazadores de volumen [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] . Mientras que los trazadores puntuales son fáciles de implementar, los trazadores de volumen pueden proporcionar más información sobre la dispersión del suelo durante el proceso de translocación. La pérdida y acumulación de suelo por erosión por labranza puede estimarse a partir de cambios en la elevación de la superficie. Por ejemplo, la elevación de un campo labrado puede compararse con un objeto de referencia adyacente que no ha sido erosionado, como una línea de cerca o un seto. Las disminuciones en la elevación de la superficie indican pérdidas de suelo, mientras que los aumentos en la elevación son evidencia de acumulación de suelo. El cambio de elevación también puede determinarse tomando mediciones repetidas de las elevaciones de la superficie del suelo con técnicas de levantamiento topográfico de alta precisión, como GPS RTK , estación total y fotogrametría de corto alcance . Otra forma de estimar la pérdida y acumulación de suelo es medir los cambios en las propiedades del suelo, como el contenido de materia orgánica . Sin embargo, la materia orgánica del suelo puede verse afectada por muchos factores, por lo que no es un método muy fiable. Desde la década de 1980, se han utilizado radioisótopos como Cs-137 y Pb-210 para proporcionar estimaciones mucho más precisas de la erosión del suelo. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]

Modelado

Modelo de ladera (unidimensional)

  • El Indicador de Riesgo de Erosión por Labranza ( TillERI ) [ 7 ] es un modelo simplificado de erosión por labranza que se utiliza para estimar el riesgo de erosión por labranza en tierras agrícolas a escala nacional en Canadá. Es uno de los indicadores de erosión que forman parte de los indicadores agroambientales desarrollados en el marco del Programa Nacional de Análisis e Informes de Salud Agroambiental (NAHARP) . Los datos de entrada incluyen la longitud de la ladera, la pendiente del segmento erosionado y la erosividad de las operaciones de labranza (valor β). Los datos de salida del modelo incluyen la tasa de erosión por labranza en el segmento erosionado y el nivel de riesgo de erosión por labranza para esa ladera.
  • El modelo de predicción de erosión por labranza ( TEP ) [ 26 ] [ 27 ] está diseñado para calcular el movimiento neto del suelo en segmentos individuales de ladera a lo largo de un transecto de campo para cada operación de labranza. Los datos de entrada incluyen la elevación del segmento de ladera, la pendiente y la longitud del segmento, así como la erosividad de las operaciones de labranza (valor β). Los datos de salida del modelo incluyen la tasa de erosión por labranza y el cambio de elevación.
  • El modelo de translocación por labranza ( TillTM ) [ 28 ] se utiliza para simular el proceso de translocación por labranza y predecir la redistribución de la masa y los componentes del suelo inducida por la labranza a lo largo de un transecto. Considera tanto la mezcla vertical como la horizontal del suelo durante el proceso de translocación por labranza.

Modelo a escala de campo (bidimensional)

  • El modelo de erosión hídrica y por labranza ( WaTEM ) [ 6 ] [ 29 ] es un modelo diseñado para calcular la tasa de erosión hídrica y por labranza en cada nodo de la cuadrícula del Modelo Digital de Elevación (MDE). El componente de erosión por labranza de WaTEM simula la redistribución del suelo en el MDE mediante una ecuación de difusión y asume que toda la translocación del suelo ocurre en la dirección de la pendiente más pronunciada, independientemente del patrón de labranza.
  • El modelo SORET (Redistribución del Suelo por Labranza ) [ 30 ] es de tipo distribución espacial y puede realizar simulaciones 3D de la redistribución del suelo en modelos digitales de elevación (MDE) a escala de campo. Puede predecir la redistribución del suelo resultante de diferentes patrones de labranza en un paisaje determinado mediante la simulación computacional de una sola operación de labranza, y también es capaz de pronosticar los efectos a largo plazo de operaciones repetidas. Considera el patrón de labranza (direcciones) y puede calcular la translocación de la labranza en las direcciones paralelas y perpendiculares a la dirección de la labranza.
  • El modelo de erosión por labranza ( TillEM ) [ 31 ] calcula las tasas de erosión puntual por labranza en los nodos de la cuadrícula de un DEM a lo largo de las líneas paralelas y perpendiculares a la dirección de la labranza, representando la translocación de labranza hacia adelante y lateral, lo cual es muy similar al modelo SORET. La diferencia radica en que TillEM tiene en cuenta los efectos de las variaciones de la curvatura de la pendiente (valor γ) en la translocación de labranza.
  • El modelo de erosión por labranza direccional ( DirTillEM ) [ 32 ] es una versión mejorada de TillEM. DirTillEM calcula el suelo entrante y saliente en cada una de las cuatro direcciones para cada celda en un modelo digital de elevación (MDE) y determina la erosión por labranza para esa celda sumando todo el suelo entrante y saliente. Esta estructura de cálculo permite que DirTillEM trate cada celda de forma independiente, de modo que pueda simular la erosión por labranza bajo patrones de labranza complejos (por ejemplo, patrones circulares) o límites de campo irregulares.
  • El modelo de autómatas celulares para la translocación por labranza ( CATT ) [ 33 ] simula la redistribución del suelo en un campo causada por la labranza a través de un modelo de autómatas celulares que calcula secuencialmente las interacciones locales entre una célula y sus vecinas debido a la translocación por labranza.

Efectos

Degradación del suelo

La erosión por labranza provoca la pérdida de la capa superficial fértil del suelo en la zona erosionada. [ 3 ] [ 34 ] A medida que la capa superficial del suelo se adelgaza, las labores de labranza posteriores extraen el suelo de la subcapa y lo mezclan con la capa labrada. Esta mezcla vertical produce degradación del suelo en la zona erosionada. Además, el suelo degradado en la zona erosionada se mezcla horizontalmente con las áreas adyacentes mediante la translocación por labranza. [ 28 ] Con el tiempo, debido a la mezcla vertical y horizontal, la translocación por labranza provoca la dispersión del subsuelo desde la zona erosionada por todo el campo, incluyendo las áreas de acumulación por labranza.  

Pérdida de productividad de los cultivos

El subsuelo suele presentar propiedades desfavorables para el crecimiento de los cultivos (por ejemplo, bajo contenido de carbono orgánico, estructura deficiente). Cuando el subsuelo se mezcla con la capa de labranza debido a la erosión, la productividad de los cultivos se ve afectada negativamente. La pérdida derivada de esta disminución de la productividad es enorme, dado que el daño es duradero y se requiere un gran esfuerzo para restaurar la calidad del suelo a su nivel original. [ 7 ] [ 8 ]

Impacto ambiental y emisiones de gases de efecto invernadero

A medida que el suelo se degrada debido a la erosión causada por el laboreo, puede generar algunos problemas ambientales, como el aumento de las pérdidas de nutrientes y las emisiones de GEI . [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] En particular, para el secuestro de carbono , si bien el suelo degradado en la porción erosionada puede reducir el secuestro de carbono, el enterramiento de la capa superficial del suelo en las regiones de acumulación de suelo crea un gran sumidero para el secuestro de carbono. [ 38 ]

Evolución del relieve y creación de rasgos topográficos

La erosión por labranza es un proceso dominante en la evolución del relieve en muchos campos agrícolas. [ 39 ] [ 1 ] Aplana convexidades y concavidades y crea muros y terraplenes a lo largo de los límites del campo. [ 10 ] [ 40 ] Con un patrón constante, puede incluso crear características topográficas en campos planos. Por ejemplo, cuando se utiliza un equipo de labranza de un solo sentido (p. ej., arado de vertedera) en un patrón circular durante muchos años, puede crear una zanja con patrón ">--<" en el centro del campo. [ 32 ]

Vínculos e interacciones con otros procesos de erosión

Los campos cultivados están sujetos no solo a la erosión por labranza, sino también a la erosión hídrica y eólica. [ 1 ] [ 7 ] Existen vínculos e interacciones entre estos procesos de erosión. [ 41 ] [ 31 ] Los vínculos e interacciones se refieren a los efectos aditivos y no aditivos, respectivamente, entre diferentes procesos de erosión. La erosión total del suelo puede aumentar o disminuir debido a vínculos positivos y negativos, respectivamente, entre diferentes procesos de erosión. [ 6 ] [ 37 ] Las interacciones ocurren cuando un proceso de erosión cambia la erosionabilidad del paisaje para otro proceso de erosión, o cuando un proceso actúa como mecanismo de transporte para otro proceso de erosión. Por ejemplo, la degradación del suelo causada por la erosión por labranza probablemente aumentará la erosionabilidad del suelo a la erosión hídrica y eólica. Otro ejemplo son las interacciones entre la labranza y la erosión hídrica alrededor de canales erosionados por el agua, especialmente cárcavas efímeras. La labranza se usa a menudo para eliminar estos canales y cárcavas efímeras, en las que la translocación de la labranza sirve esencialmente como mecanismo de transporte para llevar el suelo a las áreas más susceptibles a la erosión hídrica. [ 4 ]

Mitigación

La erosión por labranza puede mitigarse reduciendo la intensidad de la labranza. [ 4 ] Esto incluye reducir la frecuencia de la labranza, la velocidad y profundidad de la labranza, y el tamaño del implemento de labranza. Sin embargo, el equipo de labranza de conservación diseñado para reducir la erosión hídrica puede no ser capaz de reducir la erosión por labranza y las operaciones de campo que tradicionalmente no se consideran operaciones de labranza pueden causar una cantidad significativa de erosión por labranza (por ejemplo, la cosecha de papa). [ 42 ] La labranza en contorno reducirá la variación de la velocidad y profundidad de la labranza, lo que resultará en cambios reducidos en la translocación de labranza a través del campo. Esto también conducirá a una menor erosión por labranza. Además, el movimiento de suelo ladera abajo puede compensarse utilizando un arado de vertedera reversible para lanzar el surco ladera arriba. [ 43 ] [ 1 ] El movimiento físico de suelo desde áreas de acumulación (por ejemplo, depresiones) a la parte erosionada del campo (por ejemplo, cimas de colinas), una práctica denominada restauración del paisaje del suelo, puede mitigar el impacto de la erosión por labranza al restaurar la productividad del suelo en la parte erosionada del campo. [ 43 ] [ 1 ]

Referencias

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