Suelos

Relación entre variables químicas del suelo y del sedimento erosionado

Con la finalidad de conocer el comportamiento de algunas variables químicas del suelo y las correspondientes del sedimento provocado por el proceso de erosión hídrica, se analizaron las pérdidas de suelo por escurrimiento de 12 series de suelo del área de influencia de la Estación Experimental Agropecuaria de Marcos Juárez. A tal fin se analizaron los nitratos, la materia orgánica, el fósforo, el potasio, el pH y la conductividad eléctrica de las muestras obtenidas del sedimento y la de sus respectivas series de los diferentes suelos.

Por Varios

Con la finalidad de conocer el comportamiento de algunas variables químicas del suelo y las correspondientes del sedimento provocado por el proceso de erosión hídrica, se analizaron las pérdidas de suelo por escurrimiento de 12 series de suelo del área de influencia de la Estación Experimental Agropecuaria de Marcos Juárez. A tal fin se analizaron los nitratos, la materia orgánica, el fósforo, el potasio, el pH y la conductividad eléctrica de las muestras obtenidas del sedimento y la de sus respectivas series de los diferentes suelos.

Resumen

Con la finalidad de conocer el comportamiento de algunas variables químicas del suelo y las correspondientes del sedimento provocado por el proceso de erosión hídrica, se analizaron las pérdidas de suelo por escurrimiento de 12 series de suelo del área de influencia de la Estación Experimental Agropecuaria de Marcos Juárez. Utilizando el minisimulador Kamphorts, se aplicaron sobre cada parcela de suelo disturbado tres lluvias con una intensidad de 360 mm/hora y una duración de tres minutos, considerando tres condiciones de humedad antecedente, suelo seco, húmedo y muy húmedo. A tal fin se analizaron los nitratos, la materia orgánica, el fósforo, el potasio, el pH y la conductividad eléctrica de las muestras obtenidas del sedimento y la de sus respectivas series de los diferentes suelos.

Los Nitratos no presentan ninguna relación entre los valores en el suelo y en el sedimento. Mientras que para la Materia orgánica se detecta una buena relación entre los valores del suelo y los del sedimento.

Los valores de Fósforo muestran una estrecha relación entre ambas fuentes, suelo y sedimento.

El análisis del Potencial hidrógeno, pH, del suelo y del sedimento no muestran ninguna relación. El mismo comportamiento presenta la Conductividad eléctrica.

El Potasio presenta una muy buena relación entre los valores del suelo y del sedimento.

Introducción

En el proceso de erosión hídrica las gotas de lluvia golpean el suelo con suficiente energía como para separar las partículas primarias y sus agregados. Estas partículas están disponibles para ser transportadas por el escurrimiento conjuntamente con la materia orgánica y los nutrientes (Meyer y Harmon, 1984).

La erosión hídrica entre surcos reacciona en forma diferente según el tipo de suelo, manejo, sistema de labranza, pendiente y características de la lluvia (Marelli, et al.1980; Marelli y Arce, 1995).

Muchos investigadores están interesados primeramente en determinar el monto de la pérdida de suelo que provoca la erosión. No obstante, conocer las características físicas, químicas y biológicas del material erosionado (sedimento) constituye una importante información, desde el punto de vista de la contaminación y para determinar el tipo de prácticas conservacionistas a aplicar. Al respecto, (Baker y Laflen (a), 1983), concluyen que las prácticas de conservación controlarán la pérdida de elementos químicos adsorbidos y/o asociados con el suelo.

Tanto el agua de escurrimiento como los sedimentos erosionados y transportados de áreas agrícolas, llevan también nutrientes y pesticidas, disueltos y adsorbidos, constituyendo una fuente importante de contaminación. (Monke, et al, 1977)

Foster y Meyer, 1972, propusieron la siguiente relación entre la separación de las partículas del suelo por el escurrimiento y la carga del sedimento transportado:

La separación por el escurrimiento sobre su capacidad de separación más la carga del sedimento sobre su capacidad de transporte es igual a 1.

Al respecto, Epstein, et al 1967, afirma que la proporción de deposición del sedimento depende de la relación entre su capacidad de transporte y la carga real del mismo presente en el escurrimiento.

Baker y Laflen (b), 1983, mencionan que la pérdida de nutrientes por erosión puede ocurrir por percolación en el perfil del suelo, en solución en el agua de escurrimiento y adsorbidos a los sedimentos erosionados.

La cantidad de nutrientes en el perfil del suelo original está directamente relacionada con la concentración de estos en el sedimento erosionado y en el agua del escurrimiento. (Baker y Laflen, 1983; Stocking, 1985; Weir, 2002)

Este estudio fue realizado para conocer la relación entre algunas variables químicas de suelo con las correspondientes del sedimento provocado por la erosión hídrica utilizando lluvia simulada.

Materiales y métodos

Utilizando un simulador de lluvias se generaron las pérdidas de suelo (sedimento) de 12 series del área de influencia de la Estación Experimental de INTA Marcos Juárez, en el Sur y Sur Este de la Provincia de Córdoba, Argentina.

Las Series de suelo estudiadas, su ubicación geográfica y descripción se aprecian en el Cuadro 1 (Gorgas, J. A.) Las figuras 1 y 2, del anexo, complementan la ubicación planialtimétrica de los sitios y su aspecto paisajístico.

Cuadro 1: Identificación, ubicación y descripción de las series de suelo estudiadas

Serie de Suelo y ubicación Descripción
Serie El Yarará (EYr). Departamento: General Roca.
Del Campillo Paisaje: Lomas arenosas suavemente onduladas.
Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIIes
Lat. Sur: 34º 13’ 41.4’’ Taxonomía: Haplustol éntico
Long. Oeste: 64º 28’ 58.6’’ Familia textural: Franca gruesa
Serie Del Campillo (DCp Departamento: Gral. Roca.
Del Campillo Paisaje: Lomas onduladas.
Drenaje: excesivo.
Lat. Sur: 34º 21’ 15’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IVes
Long. Oeste: 64º 30’ 45’’ Taxonomía: Ustorthent Típico
Familia textural: arenosa
Serie No. 34. Departamento: Río IV
Bulnes Paisaje: Planicie muy suavemente ondulada.
Drenaje: Bien drenado.
Lat. Sur: 33º 30’ 5’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIsc.
Long. Oeste: 64º 41’ 31.2’’ Taxonomía: Haplustol údico.
Familia textural: Franca gruesa
Serie No. 41. Departamento: Río IV
Vicuña Mackena Paisaje: Planicie arenosa, suavemente ondulada a ondulada, 1-3%.Pendientes locales que pueden llegar al 12 %.
Drenaje: Algo excesivo a excesivo ( 5-6)
Lat. Sur: 33º 57’ 48.6’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IVec
Long. Oeste: 64º 22’ 54.2’’ Taxonomía: En las planicies suavemente onduladas dominan los Haplustoles énticos y típicos.
Familia textural de ambos subgrupos:
Franca gruesa.
Serie Ordoñez (Oz). Departamento: Unión
Justiniano Posse Paisaje: Lomas muy suavemente onduladas
Drenaje: Bien drenado
Lat. Sur: 32º 49’ 44.7’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIc
Long. Oeste: 62º 40’ 34.4’’ Taxonomía: Haplustol údico
Familia textural: Franca fina.
Serie Hansen 3 (Ha3) Departamento: Marcos Juárez
Los Surgentes Paisaje: Pendientes largas de lomas
Drenaje: moderado (3)
Lat. Sur: 32º 58’ 39’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIIes
Long. Oeste: 61º 59’ 31’’ Taxonomía: Argiudol típico.
Familia textural: Limosa fina.
Serie La Colorada (LCd) Departamento: Gral. Roca.
Huinca Renancó Paisaje: Lomas planas a ligeramente onduladas.
Drenaje: Algo excesivo
Lat. Sur: 34º 34’ 37.5’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIIsc
Long. Oeste: 64ª 21’ 35’’ Taxonomía: Haplustol éntico
Familia textural: Franca gruesa
Serie Villa Huidobro (VHd). Departamento: Gral. Roca.
Villa Huidobro Paisaje: Lomas planas y pendientes.
Drenaje: Bien drenado
Lat. Sur: 34º 52’ 26.8’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIIc
Long. Oeste: 64º 35’ 59’’ Taxonomía: Haplustol típico.
Familia textural: Franca gruesa.
Serie Las PLayas (LPy). Departamento: Unión
Ordoñez Paisaje: Derrames fluviales y albardones suavemente ondulados.
Drenaje: Algo excesivo.
Lat. Sur: 32º 46’ 5.2’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIIsc.
Long. Oeste: 62º 49’ 52.4’’ Taxonomía: Haplustol udorthéntico.
Familia textural: Franca gruesa.
Serie Nº22 Departamento: Río IV y áreas circundantes
Las Higueras Paisaje: Planicie eólica suavemente ondulada con gradientes del 1 al 3 %.
Drenaje: Bien drenado a algo excesivamente drenado.
Lat. Sur: 33º 04’ 46.5’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): II/IIIsc.
Long. Oeste: 64º 16’ 29.0’’ Taxonomía: Es una unidad cartográfica compuesta. En planicies bajas se desarrollan Hapludoles típicos franca gruesa y Argiudoles típicos franca fina.
En sectores de lomas, los suelos son
Hapludoles típicos y énticos (con clase textural de los horizontes en general, franco arenosa a arenosa franca).
Flia. textural de ambos componentes: Franca gruesa.
Serie Cavanagh (Cv) Departamento: Marcos Juárez
Cavanagh Paisaje: Lomas suavemente onduladas.
Drenaje: Bien drenado
Lat. Sur: 33º 28’ 5.3’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIc
Long. Oeste: 62º 20’ 46’’ Taxonomía: Hapludol típico
Familia textural: Franca gruesa.
Serie Alejo Ledesma (Ald) Departamento: Marcos Juarez
Santa Eufemia Paisaje: Lomas eólicas onduladas y suavemente onduladas.
Drenaje: algo excesivamente drenado
Lat. Sur: 33º 10’ 31.1’’ Clase de Capacidad de Uso (USDA): IIsc
Long. Oeste: 63º 15’ 17.2’’ Taxonomía: Haplusol udorténtico
Familia textural: Franca gruesa.

El suelo utilizado fue recolectado del horizonte “A”, de cada una de las 12 series estudiadas, se secó al aire y fue analizado para determinar Nitratos, Materia Orgánica (WB), Fósforo (BK1), Potasio (asimilable), pH (1:2,5) y Conductividad Eléctrica (1:2,5), en el Laboratorio de Química de Suelo y Agua de la Estación Experimental de INTA Marcos Juárez.

Posteriormente, el suelo de cada serie fue acondicionado y colocado en capas sucesivas en una bandeja de acrílico con aforador, provista con el simulador y compactadas hasta obtener una densidad aparente de 1.0 gr/cm3. De esta manera se conformó una superficie expuesta a la lluvia simulada de 625 cm2 con una pendiente del 20%.

Figura 1. Minisimulador de Kamphorts

El minisimulador Kamphorst, (Figura1) utilizado en el trabajo presenta las siguientes características técnicas:

La altura promedio de caída de la gota es de 400 mm y su diámetro promedio de 5,9 mm. Posee 49 tubos capilares como formadores de gota de una masa de 0, 106 gr. esto genera una energía cinética de la lluvia de 35 joules /mm.

Sobre cada suelo se aplicaron tres lluvias con una intensidad de 360 mm/hora y una duración de 3 minutos (Kamphorst, 1987). Así se obtuvieron tres condiciones de humedad antecedente diferentes, suelo seco, antes de la primera lluvia, húmedo, después de la primera y muy húmedo, después de la segunda lluvia. El total del escurrimiento provocado por cada lluvia fue colectado, separado el sedimento por decantación, secado y analizado para determinar las mismas variables químicas que se realizaron en los suelos originales. Para estos análisis se utilizó el total del suelo erosionado en las tres lluvias aplicadas.

La relación entre los nutrientes perdidos en el sedimento con los del suelo original fue comparada mediante análisis de regresión para cada variable estudiada de las 12 series de suelo. Se representaron gráficamente dichas relaciones juntamente con la recta Y=X que están representando igual pérdida en el sedimento que el en el suelo.

Resultados y discusión

En el proceso de erosión hídrica, tanto el volumen del escurrimiento como su velocidad, tienen una importancia superlativa en condiciones de suelo húmedo con una capacidad de almacenamiento superficial, infiltración y percolación disminuida.

El Cuadro 2 muestra los valores de pérdida de agua, suelo y la concentración del sedimento, de cada una de las series estudiadas sometidas a las tres lluvias simuladas.

Cuadro 2. Pérdida de agua, suelo y concentración del sedimento por serie de suelo.

Serie de suelo Pérdida de Agua (cm3) Pérdida de suelo (gr) Concentración del sedimento (gr/l)
Seco Húmedo Muy Húm Seco Húmedo Muy Húm Total Seco Húmedo Muy Húm
El Yarará 150 520 860 19.14 60.30 95.42 174.86 127.6 116.0 111.0
La Colorada 49 660 890 4.99 75.88 84.08 164.95 101.8 115.0 94.5
Del Campillo 140 730 840 7.61 87.11 75.79 170.51 54.4 119.3 90.2
34 140 590 770 6.45 48.84 66.53 121.82 46.1 82.8 86.4
41 100 690 800 8.51 93.66 108.68 210.85 85.1 135.7 135.9
Ordoñez 700 900 1047 35.39 75.81 71.89 183.09 50.6 84.2 68.7
Hansen 3 600 920 1015 18.39 53.19 49.07 120.65 30.7 57.8 48.3
Villa Huidobro 350 790 960 13.18 61.85 68.02 143.05 37.66 78.29 70.85
Las Playas 170 720 900 9.06 53.98 55.88 118.92 53.3 75.0 62.1
22 160 610 900 9.16 59.34 67.59 136.09 57.3 97.3 75.1
Cavanagh 6.5 590 840 2.24 24.95 40.96 68.15 34.46 42.3 48.8
Alejo Ledesma 80 630 880 4.34 37.17 47.66 89.17 54.25 59.0 54.2

De las series con textura franca, la mayor pérdida de suelo es provocada en la Serie 41 y la menor en la Serie Cavanagh. Salvo la Serie Hansen 3 (moderadamente erosionada) de textura limosa, todas incrementan la pérdida de suelo con la tercera lluvia, en condiciones de suelo saturado. La humedad antecedente muestra su importancia en el arrastre de suelo, principalmente entre las condiciones de suelo seco y húmedo. Esto se aprecia en los valores de concentración del sedimento.

La principal causa de que los nutrientes alcancen las aguas superficiales es la erosión hídrica. Reducirla no sólo significa evitar la eutrofización sino también conservar la fertilidad del suelo. Por ello, es muy importante tomar medidas para reducir los procesos erosivos.

En el Cuadro 3, se muestran los valores de Nitratos, Materia Orgánica, Fósforo, Potasio, pH y Conductividad Eléctrica, correspondientes al suelo original y a los sedimentos.

Las pérdidas de nutrientes en solución por erosión son afectadas por la concentración de estos en el escurrimiento y por el volumen del escurrimiento.

Según Baker y Laflen (1983) la cantidad, persistencia, ubicación en el perfil del suelo y el grado de interacción del suelo (adsorción) son los factores mas importantes que determinan la concentración de un nutriente en el sedimento o en el agua.

Cuadro 3. Variables químicas del suelo y del sedimento erosionado.

Serie de suelo

NO3 ppm

Suelo

NO3 ppm

Sedimen.

M.O. %

Suelo

M.O. %

Sedimen.

P ppm

Suelo

P ppm

Sedimen.

El Yarará 72 24 0.99 1.15 36 36
La Colorada 110 44 1.46 1.61 34 36
Del Campillo 44 54 1.31 1.76 48 53
V. Huidobro 38 40 1.63 2.15 61 67
Nº 34 93 15 1.18 1.53 20 23
Nº 41 7 16 0.66 0.74 16 16
Ordoñez 49 28 2.93 2.51 12 18
Hansen 3 13 40 2.23 2.79 13 16
Las Playas 72 42 2.17 2.74 30 30
Nº 22 67 12 1.7 1.66 21 25
Cavanagh 21 23 1.87 2.08 5 6
A.Ledesma 9 46 2.04 2.25 28 23
Serie de suelo

pH

Suelo

pH

Sedimen.

CE mmhos/

cm

Suelo

CE mmhos/

cm

Sedimen.

K ppm

Suelo

K ppm

Sedimen.

El yarará 6.2 7 0.09 0.11 540 469
La colorada 6.1 6.9 0.13 0.15 782 704
Del Campillo 6.5 7 0.11 0.14 1095 860
V. Huidobro 6.6. 7.3 0.09 0.18 1173 1094
Nº 34 6 7.1 0.1 0.12 547 543
Nº 41 6.5 7.1 0.03 0.1 391 391
Ordoñez 6.3 7 0.13 0.16 1016 938
Hansen 3 6.2 6.9 0.06 0.17 782 704
Las Playas 6.2 6.9 0.12 0.16 1014 860
Nº 22 6.2 7.2 0.09 0.15 780 704
Cavanagh 6.3 7.2 0.05 0.15 469 626
A.Ledesma 6.5 6.8 0.06 0.14 940 704

Considerando que los nitratos se mueven en mayor proporción con el agua del escurrimiento y por percolación, no se detecta una tendencia en los valores correspondientes al sedimento. Los valores de pH y CE son mayores en el sedimento, pero no muestran un patrón en la relación con los del suelo original.

Tanto la M.O., el P como el K del sedimento muestran correspondencia con los valores del suelo de las series estudiadas, siendo sus tasas de enriquecimiento de 1.2, 1.1, 0.9 respectivamente.

Los gráficos 1, 2, 3, 4, 5 y 6 permiten visualizar la relación entre los nutrientes del suelo original con los correspondientes al sedimento erosionado.

El análisis estadístico de los valores presentados ratifican que:

Los Nitratos no presenta ninguna relación entre los valores en el suelo y en el sedimento, con un R2 = 0.0075. Su diferencia media no difiere de cero. Estos se pierden por percolación, y cuando el suelo se “plancha” y encostra, se pierde en mayor medida con el escurrimiento, dado que la infiltración se ve rápidamente reducida.

En la Materia orgánica se detecta una buena relación entre los valores del suelo y los del sedimento, con un R2 = 0.80. En promedio los valores en el sedimento son mayores que los del suelo. Esto trae aparejado un proceso de degradación química vinculada al arrastre del material orgánico y a los agregados del suelo.

El Fósforo presenta una estrecha relación entre ambas fuentes de valores, suelo y sedimento, con un R2 = 0.97, con un coeficiente de la recta, b @ 1. Las pérdidas están relacionadas al proceso erosivo con arrastre de las partículas de suelo con las cuales esta asociado el fósforo.

El Potencial hidrógeno, pH no muestra relación entre los valores del suelo y del sedimento. En promedio los valores en el sedimento son significativamente mayores que los del suelo.

La Conductividad eléctrica no presenta relación entre los valores del suelo y del sedimento. En promedio los valores en el sedimento son significativamente mayores que los del suelo.

El Potasio presenta una muy buena relación entre los valores del suelo y del sedimento, con un R2 = 0.86 y con un coeficiente b<1. Lo que implica que a mayor contenido de K en el suelo menor pérdida relativa. En promedio los valores en el sedimento son inferiores a los del suelo.

Conclusiones

La pérdida de nutrientes en el sedimento erosionado correspondiente a las 12 series de suelo estudiadas con lluvia simulada, muestran el potencial contaminante de los mismos y reflejan un signo caracterizador de la degradación físico-química a que están sometidos dados el preponderante uso agrícola de los mismos y el consecuente aumento de la susceptibilidad a la erosión hídrica. Esto se aprecia en el incremento del sedimento transportado por el escurrimiento para la condición de suelo muy húmedo (tercera lluvia) donde el 66% de los casos muestra mayor pérdida de suelo, debido a la disminución de la infiltración y al incremento del volumen y velocidad del escurrimiento.

Los nutrientes ligados al sedimento, P y K y la M.O., se pierden durante el proceso de erosión hídrica en proporción a su concentración en el suelo. La mayoría de las pérdidas de los nutrientes está asociada a la separación del material coloidal, inorgánico y orgánico, donde los nutrientes están adsorbidos. Debe considerarse además, la pérdida de los nutrientes disueltos en el escurrimiento, como el caso de los nitratos.

La siembra directa, las rotaciones agrícola o con pasturas, la fertilización balanceada, más las prácticas conservacionistas que permitan disminuir y manejar el escurrimiento controlarán las pérdidas de suelo y nutrientes constituyendo la base de una producción sustentable en concomitancia con el cuidado del medio ambiente, la calidad del agua y una gestión ambiental acorde. www.ecoportal.net

AUTORES: Marelli, Hugo J. [1]; Arce, Juan M. [1]; Masiero, Beatriz L. [2]; Lorenzón, Claudio A. [3] y Marelli, Patricio M. [3]

Notas:

[1] Grupo Manejo y Conservación de Suelo. EA INTA Ms. Jz. Cba. Argentina[2] Grupo Estadística e Informática. EEA INTA Ms. Jz. Cba. Argentina[3] Lab. de Química de Suelo y Agua. EEA INTA Ms. Jz. Cba. Argentina

Literatura citada:

Baker, J.L. y Laflen, J.M.(a) 1983. Runoff losses of nutrients and soil from ground fall fertilized alter soybean harvest. Trans. ASAE 26: 1122-1127.

Baker, J.L. y Laflen, J.M.(b) 1983. Water quality consequences of conservation tillage. J.Soil Water Cons. 38: 186-193.

Epstein, E. y W.J. Grant. 1967. Soil losses and crust formation as related to some soil physical properties. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 31: 547-550.

Foster, G.R. y Meyer, L.D. 1972. Transport of soil particles by shallow flor. Trans. ASAE 15: 88-102.

Gorgas, Juan A. 2006. Comunicación personal. Suelos de Córdoba, Escala 1:500000.

Kamphorts, A. 1987. A small rainfall Simulator for the determination of soil erodibility. Netherland Journal of Agricultural Science 35: 407:415.

Marelli, H.J. et. al. 1980. Pérdidas de suelo en la rotación trigo-soja en siembra directa. IX Reunión Argentina de la Ciencia del Suelo. Paraná. Entre ríos. Argentina.

Marelli, H.J. y J. Arce. 1995. Aportes en Siembra Directa. Enciclopedia Agro de Cuyo. Manual 12. INTA. EEA Marcos Juárez – Córdoba – Argentina.

Monke, E.J., H.J. Marelli, L.D. Meyer, J.F. DeJong. 1977. Runoff, erosion and nutrient movement from interrill areas. Trans. ASAE, V. 20; No. 1, 58-61.

Meyer L.D. y Harmon W.C. 1984. Susceptibility of agricultural soils to interrill erosion. Soil Sci. Soc. Am. J. 48:1152-1156.

Stocking, M.1982. Pérdida de la productividad del suelo a causa de la erosión, un diseño de investigación. Informe de Trabajo No 12. Programa de Conservación de Suelos. FAO – Roma. Italia.

Weir, E. 2002. Pérdida de suelo y agua en parcelas de escurrimiento. 2do. Congreso de Contaminación Agrícola. Pergamino. Buenos Aires. Argentina.

Anexo

Figura 2. Mapa de los sitios de muestreo de suelo.

M = Lugar de muestreo

Figura 3. Paisaje de las áreas de muestreo

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