16 dic 2013

Estimación de la erosión hídrica y su relación con el contenido de materia orgánica de un suelo cultivado de plátano

"La erosión hídrica se relaciona con la pérdida de productividad del suelo, en el cual se rompe la estructura, se reduce el aporte de materia orgánica y nutrientes, y disminuye su espesor (profundidad) y fertilidad".

Introducción.
El plátano, Musa acuminata Colla (AAA) subgrupo Cavendish, es un cultivo muy importante en el archipiélago Canario (España), en donde la producción fue en el año 2012, de 371.139 toneladas. El principal destino de dicha producción es el mercado de consumo fresco en el territorio español donde se comercializa el 95,67% en la península, mientras que en el mercado local del archipiélago es el 4,27% y solo se exporta apenas un 0,06% a otros paises de la Unión Europea.

El plátano, fácil de pelar, pulpa carnosa, de buena textura de carne (entre compacta y blanda), color marfil y sabor dulce intenso, olor aromático característico y único, se puede encontrar en el mercado todo el año. Su consumo per capita en España ha experimentado un importante aumento, situándose en 2012 en unos 11,5 kilos/persona/año.

En Canarias, la isla de Tenerife tiene la mayor superficie dedicada al cultivo de plátanos, unas 4.033,6 hectáreas que representan el 46,8% del total cultivado en el archipiélago.

Procesos graves de erosión del suelo ocurren en Tenerife en el 41,9% del territorio (Rodríguez-Rodríguez, A. 2002), lo cual representa tanto como unas 35.749 hectáreas.


La erosión hídrica del suelo es causada por agua de lluvia no infiltrada, que escurre superficialmente en el campo. El surgimiento de daños causados por la erosión en áreas cultivadas se deben principalmente a prácticas agrícolas inadecuadas. El agricultor puede, mediante la utilización de métodos y prácticas racionales de cultivo, controlar eficazmente la erosión, reducir la escorrentía y aumentar la infiltración de agua en su finca.

La aplicación de materia orgánica es una práctica habitual en el cultivo de plátanos en Tenerife. En el suelo, la materia orgánica (MOS) pasa por dos fases: humidificación y mineralización. La humidificación es una fase bastante rápida, durante la cual los microorganismos del suelo actúan sobre esta en el momento en que se incorpora al suelo, formando el humus. La mineralización por su parte, es una fase muy lenta, y en ella el humus estable recibe la acción de otros microorganismos que lo destruye progresivamente, liberando así los minerales que luego absorberá el cultivo. Según Julca-Otiniano, A. et. al. (2006), el humus tiene un efecto positivo sobre las propiedades físicas del suelo, formando agregados y dando estabilidad estructural, uniendo a las arcillas, favoreciendo la penetración del agua y protegiendo al suelo al disminuir la erosión (ver figura 1). La cantidad de humus que se forma a partir de un kilo de MOS seca que se aporte al suelo, se conoce como Coeficiente Isohúmico.

La protección del suelo que ofrece la MOS, esta relacionada con la mayor o menor tasa de mineralización. La MOS se protege de la biodegradación, siendo dicha protección inversamente proporcional a la tasa de mineralización, y ocurre porque: es adsorbida sobre la superficie de las partículas de arcilla y limo o cuando es recubierta por los minerales de arcilla o cuando se localiza dentro de los microagregados (Matus, F. y C. Maire, 2000).

El objetivo de la siguiente investigación fue estudiar la relación que existe, entre el contenido de materia orgánica de un suelo que va a ser cultivado con plátanos y la tasa de erosión resultante durante el período de desarrollo del plátano, en su primer ciclo de cultivo. 

Materiales y método.
Área de estudio

En una finca ubicada en el sector El Rincón del municipio La Orotava (Tenerife), se realizó la plantación de 5.000 plantas de plátano. La finca tiene una superficie de 2,75 hectáreas y estuvo abandonada hasta el mes de abril de 2013, como se observa en la ortofoto. El cultivo anterior fue también plátano.




Análisis de suelo
Para ello se hizo un muestreo de 0 a 25 cm, porque en la distribución de raíces de la platanera, más del 65% del total, se encuentra en los primeros treinta centímetros (Vaquero, R. 2003 y Araya, M. 2005).

El suelo de la finca corresponde de acuerdo con la clasificación del Soil Taxonomy, a un Inceptisol. Los resultados del análisis de suelo (ver figura 2) indican que la textura es arcillo limosa y el contenido de MOS es de 2,6% (Bajo para plátano).

Marco de plantación

Plantas de plátano cv "Gruesa Palmera", obtenidas de cultivo in vitro procedentes de la empresa Cultesa, fueron trasplantadas de macetas al terreno definitivo bajo un marco de plantación de 2 m * 2,5 m, para obtener una densidad de plantación de 2.000 plantas/ha, cultivadas al aire libre.

El trasplante se realizó entre los meses de mayo y junio de 2013.

Aporte de materia orgánica
En platanera se recomienda que el suelo tenga un contenido mayor a 3% de MOS. Sin embargo, esta limitado hasta menos de 7% porque se ha reportado que cuando el contenido excede del 7%, puede provocar en la planta deficiencias de micronutrientes, especialmente el manganeso (Mn), debido a la acción de agentes quelantes que están presentes en ella (Piqué, E. et. al. 1996 y Álvarez, C. 2011). Por otra parte, Boechat, C. et. al. (2013) reportan que la estabilización de la MOS compostada, después de aplicada al suelo, es un proceso de corta duración (< 70 días). Así también, la cantidad que se mineraliza es de 1,6 a 3,3% anual de la cantidad total existente en el suelo (Kruse, J. et. al. 2004). Por todo esto, debemos aportar al suelo de forma periódica, la cantidad de estiércol o compost necesario para restituir los valores de MOS que maximicen el rendimiento del cultivo (plátano) y favorezcan la estabilidad del suelo frente a la erosión, tomando en cuenta los límites antes indicados, para ello se tiene la siguiente ecuación:
Ecuación 1
Antes del trasplante, se aplican al suelo cantidades de materia orgánica equivalentes a una dosis calculada en base a la ecuación 1, a fin de aumentar en al menos 0,5% el contenido inicial que presenta el suelo. Para ello los cálculos se realizan en base a propiedades de los materiales orgánicos. Por ejemplo, en la figura 3 se muestran los datos para compost de restos de poda y estiércol maduro de gallinaza y vacuno (valores tomados de Barbazán et. al. 2011). El coeficiente isohúmico (K1) de la ecuación 1, toma valores previamente reportados por Canet, R. (2005).

Estimación de la erosión del suelo
La Ecuación Universal de Pérdida de Suelos (USLE) por Wischmaier, W. H. y D. D. Smith (1978), es todavía el modelo de estimación de pérdidas de suelo con mayor aceptación y de más amplia aplicación. Dicha ecuación nos permite predecir la cantidad de suelo que se pierde por erosión hídrica bajo condiciones de uso y manejo, teniendo en cuenta las características físicas del terreno. La ecuación consta de cinco factores y sigue el siguiente modelo matemático:
Ecuación 2
De acuerdo a la USLE (ecuación 2) la tasa de pérdida de suelo está en función de: el poder erosivo de la lluvia (R), la erodabilidad de los suelos (K), la cobertura vegetal (C), la práctica conservacionista (P) y el factor combinado de la pendiente y la longitud de la misma (LS). De todos estos factores, R no puede ser modificado; K, depende fuertemente de la textura de los suelos, lo cual no puede ser fácilmente mejorado; sólo C, P y LS pueden ser cambiados. Las prácticas agronómicas comunes, pueden utilizarse para modificar la cobertura vegetal y consecuentemente C, mediante el manejo de desechos y mejoramiento del sistema de siembra. El factor P puede ser cambiado con obras de conservación de suelos como las terrazas, ligado a la reducción de la longitud de la pendiente (L). Por último, la pendiente (S) sólo puede ser modificada mediante obras de conformación del terreno, tales como terrazas (canteros).

Se ha obtenido una forma de calcular la Ecuación Universal de Pérdidas de Suelo, Revisada (RUSLE) según Renard, K. et. al. (1991), que sólo modifica la forma de estimar los diferentes parámetros del modelo (ecuación 2) como por ejemplo, al factor C se le agregan más parámetros para hacer más preciso su cálculo. No entramos más en detalle, porque esta será la forma que hemos establecido para realizar las diferentes determinaciones que implica el presente trabajo.

La erosión del suelo es una amenaza para la capacidad productiva agrícola del mismo. Terrenos que han estado bajo cultivo son susceptibles a la erosión debido a que han sido abandonados, es el caso de la finca objeto del presente estudio (ver figura 4). En los suelos severamente erosionados, el rendimiento de las cosechas son más bajos (comparado con suelos protegidos) porque se reduce la fertilidad y disponibilidad de nutrientes básicos para las plantas.

Factor R: Índice de erosión pluvial.
Este factor depende de la intensidad de lluvia y de la lluvia total. Cuando llueve, gotas de hasta 6 mm de diámetro bombardean la superficie del suelo a velocidades de hasta 32 km/h. El impacto de la gota en el suelo lanza partículas y agua en todas direcciones a una distancia de hasta un metro (ver figura 5). Para el cálculo del Índice de erosión pluvial (R), Rodríguez, M. et. al. (2004) emplearon una ecuación genérica para evaluar la erosión en una región de España. En nuestro caso hemos derivado una ecuación propia ajustando los datos obtenidos para calcular el Índice Modificado de Fournier IMF (Arnoldus, H. 1980), en cada mes del ciclo de cultivo del plátano, con valores climatológicos (promedio de 10 años) de una estación meteorológica cercana a la finca. Por tanto, el factor R se obtiene al aplicar la ecuación 3.
Ecuación 3

Factor K: Erosividad del suelo.
El factor K se calcula en función de la ecuación 4 (Renard, K. et. al., 1991), en unidades del sistema métrico.
Ecuación 4
Debemos tener en cuenta que esta ecuación es válida si el valor (%Limo + %arena muy fina) en el suelo, es menor de 70. Por otra parte, en el cálculo del factor K se debe tomar en cuenta la influencia que puede tener un alto contenido de materia orgánica en el suelo. En este sentido si el contenido es mayor a 4% y en el perfil el suelo tiene una profundidad de 25 cm o más, se multiplica por un subfactor de 0,7 (Wischmeier, W. H. y D. D. Smith, 1978).

Factor LS: Longitud del declive y pendiente (topografía).
Este factor responde al efecto combinado de la longitud y el ángulo de inclinación de la pendiente, cuyos efectos son imposibles de individualizar. Su valor sirve para estimar las pérdidas de suelo que se producen en un terreno en pendiente. En el área de estudio, la pendiente no es uniforme porque el terreno se divide en terrazas (canteros), por lo cual se realizó el cálculo del factor LS siguiendo el procedimiento indicado por Giménez, M. (2008) y aplicando la ecuación 5.
Ecuación 5
Como la erosión no se distribuye igual a lo largo de toda la longitud de la finca, por presentar esta diferentes terrazas, se debe calcular las pérdidas de suelo en los sucesivos tramos (terrazas), multiplicando LS por el siguiente factor de ajuste (a):

Factor C: Cobertura vegetal del cultivo, según la edad.
El dosel ó canopia de una platanera individual, se refiere a la capa superior de sus hojas que impide que una considerable cantidad de lluvia alcance el suelo. Por tanto, la determinación del factor C para el cultivo del plátano requiere detallar sus equivalentes de erosividad por períodos, según este se desarrolla. Esto se expresa como la media ponderada de la tasa de pérdida de suelo (SLR) comparada con condiciones estándar para cada intervalo de tiempo, ponderado por la erosividad acumulada del citado período (Renard, K. et. al. 1997), como se indica en la ecuación 6. Para calcular dicha SLR, se ha definido la ecuación 7 que consta de cinco subfactores (Laflen, J. et. al. 1985).
Ecuación 6
Ecuación 7

Considerando que la SLR define el valor del factor C, en cada período del cultivo (Benkobi, L. et. al.1994), hemos empleado una ecuación que sólo modifica la forma de estimar los diferentes subfactores de la ecuación 7 , como sigue:
Ecuación 8a
El subfactor CC refleja el efecto de la cobertura vegetal aérea (dosel) sobre la reducción de la energía erosiva de la lluvia en su impacto sobre el suelo. Por su parte, el subfactor SC considera el efecto de la cobertura superficial (residuos del cultivo) sobre la reducción de la capacidad de transporte del flujo de escorrentía. Para el cálculo de los subfactores CC y SC de la ecuación 8a, se adoptan las fórmulas de cálculo desarrolladas por Linares, E. et. al. (2009), como sigue:
Ecuación 8b

Factor P: Práctica conservacionista.
El método de control de la erosión, en cada cantero de la finca, es representado por un factor que expresa la relación de pérdida de suelo que hay entre cultivar el terreno en su máxima pendiente y cultivarlo empleando técnicas para la conservación del suelo. El valor de P, depende del tipo de práctica y de la pendiente del terreno. Por ejemplo, sin ninguna práctica conservacionista P=1 y por el contrario, su valor será menor según la eficacia en el control de la erosión conseguida con la implantación de una medida correctora. En nuestro caso, la finca presenta terrazas que fueron construidas hace tiempo, por ello para los cálculos tomamos los valores reportados por Wischmeier, W. H. y D. D. Smith (1978), que se muestran en la siguiente tabla:
Factor P
Para realizar los diferentes cálculos que conllevan la estimación de las pérdidas de suelo por erosión hídrica en la finca cultivada con plátanos, hemos desarrollado una hoja de cálculo con el programa Excel.

Resultados.
Este mapa muestra la ubicación de los terrenos de la finca en el trabajo desarrollado por MAGRAMA, 2012 para evaluar la erosión potencial de los suelos. Empleando el servicio WMS y la aplicación del software ArcGis ver 10, detectamos que estos suelos presentan una erosión potencial baja o moderada (6-25 Tn/ha/año), según el criterio de los autores. 

La erosión hídrica potencial, hace referencia a la susceptibilidad que tienen los suelos de la finca a erosionarse por influencia del agua y características de clima, suelo y relieve que están presentes. Adicional a ello agregamos, sin una cubierta vegetal protectora. La estimación que hemos hecho con la hoja de cálculo, da como resultado una erosión potencial de 24,42 toneladas por hectárea y año. Esto es equivalente a la pérdida de 3,37 mm de suelo al año.

Al realizar los mismos cálculos, pero considerando que la finca va a estar cultivada de plátanos, las pérdidas por erosión del suelo se reducen significativamente, dando como resultado una tasa de erosión de 4,01 Tn/ha/año equivalente a la pérdida de 0,55 mm de suelo al año. Esta estimación, de acuerdo con los criterios reportados por Lozano-García, B. y L. Parras-Alcántara (2011) para suelos del sur de España, son pérdidas de suelo inapreciables.

Al realizar la estimación de pérdidas de suelo por erosión hídrica al aumentar el contenido de materia orgánica del suelo, se aprecia una disminución significativa (ver figura 6). Al realizar los cálculos en base a las dosis que normalmente aplica el agricultor al suelo cuando se cultiva plátanos, en nuestro caso aumentar en 0,5% el contenido de materia orgánica inicial del suelo, implica el aporte de 43,2 a 194,2 Tn/ha (según la fuente deseada). Aumentar dichas cantidades es beneficioso para el cultivo y contribuye a disminuir las pérdidas de suelo por erosión, pero también aumenta el coste económico.

Se pudo apreciar en este trabajo que la cobertura del suelo que ejerce el cultivo del plátano, en su primer ciclo de cultivo, tiene un efecto positivo al disminuir las pérdidas de suelo por erosión hídrica (ver figura 7).

Anejos.

Lista de figuras citadas en el texto:


Hoja de cálculo empleada para este trabajo:


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