Tema 2 : Erosión y pérdida de fertilidad del Suelo


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EROSION Y PERDIDA DE FERTILIDAD DEL SUELO
Relación entre erosión y pérdida de fertilidad del suelo
L. do Prado Wildner y M. da Veiga


Relación entre erosión y pérdida de fertilidad del suelo


RESUMEN

La degradación del suelo, a consecuencia de la erosión, afecta la fertilidad del serlo y en última instancia la producción de los cultivos. A pesar de que esta afirmación es de conocimiento general, pocos son los datos disponibles que cuantifican esta reducción. Para el estudio de la relación entre erosión y pérdida de fertilidad se han utilizado ensayes simulados en invernadero; mediciones a nivel de campo, en áreas con diferentes grados de erosión. La metodología de simulación de erosión, a pesar de que probablemente es más drástica que el proceso natural de erosión, es conveniente porque se obtienen resultados a corto plazo en relación al proceso natural que necesita de un tiempo relativamente largo para producir diferentes grados de erosión bajo lluvia natural.

INTRODUCCION

Degradación del suelo significa el cambio de una o más de sus propiedades a condiciones inferiores a las originales, por medio de procesos físicos, químicos y/o biológicos. En términos generales la degradación del suelo provoca alteraciones en el nivel de fertilidad del suelo y consecuentemente en su capacidad de sostener una agricultura productiva.

Según Bertoni y Lombardi Neto (1985) las tierras agrícolas se vuelven gradualmente menos productivas por cuatro razones principales:

  1. Degradación de la estructura del suelo;
  2. Disminución de la materia orgánica;
  3. Pérdida del suelo; y
  4. Pérdida de nutrientes.

Estas razones son efectos producidos básicamente por el uso y manejo inadecuado del suelo y por la acción de la erosión acelerada.

Según Mielniczuk y Schneider (1984), tres son, esquemáticamente, las etapas básicas de degradación del suelo (figura 1).

L. do Prado Wildner y M. da Veiga

FIGURA 1 : Etapas de degradación del suelo bajo explotación agrícola inadecuada.

En la etapa 1 las características originales (materia orgánica y estructura) son destruidas gradualmente. El usuario de la tierra no percibe este fenómeno, porque la erosión ocurre en niveles tolerantes y el rendimiento de los cultivos se mantiene estable por la aplicación normal de fertilizantes y de enmiendas.

En la etapa 2 la materia orgánica alcanza valores bajos y el suelo pierde estructura. Por el uso intensivo de implementos agrícolas se produce la aparición de una capa compactada que impide la infiltración del agua y la penetración de las raíces. La erosión se vuelve acelerada y el rendimiento de los cultivos se reduce severamente. La aplicación de enmiendas y fertilizantes se vuelve menos eficaz, sea por las condiciones físicas adversas al desarrollo de las plantas, o por las grandes pérdidas de suelo y de nutrientes que han ocurrido por la erosión, disminuyendo su efecto actual y residual.

En la etapa 3 el proceso de erosión es tan violento que la tierra comienza a ser abandonada por el agricultor, debido a la baja productividad y dificultad de operación de máquinas a causa de la existencia de surcos y cárcavas en el campo. El tiempo que lleva a un suelo cultivado a llegar a la etapa 3 depende de la intensidad de aplicación de las prácticas inadecuadas de manejo, de su pendiente y textura, que se relacionan mucho con su resistencia a la erosión hídrica.

LA EROSION Y SUS EFECTOS EN LA FERTILIDAD DEL SUELO

Mecánica de la erosión del suelo

La erosión del suelo es definida como un proceso de desagregación, transporte y deposición de materiales del suelo por agentes erosivos (Ellison, 1947). Los agentes erosivos dinámicos, en el caso de la erosión hídrica son la lluvia y el escurrimiento superficial o las inundaciones.

La lluvia tiene efecto a través del impacto de las gotas de lluvia sobre la superficie del suelo, y por el propio humedecimiento del suelo, que provocan desagregación de las partículas primarias; provoca también transporte de partículas por aspersión y proporciona energía al agua de la escorrentía superficial (Ellison, 1947).

Como consecuencia de la desagregación se produce un sello superficial que disminuye sustancialmente la capacidad de infiltración del suelo (Duley, 1987; Ellison, 1947). En el momento en que la precipitación pasa a ser mayor que la tasa de infiltración de agua en el suelo, se produce la retención y detención superficial del agua y, posteriormente, el escurrimiento superficial del agua que no infiltra (Meyer, 1976). Considerando a la escorrentía superficial como el principal agente de transporte, Ellison (1947) clasificó la escorrentía en dos partes: el flujo en los entresurcos y el flujo dentro de los surcos. El flujo de los entresurcos es responsable por el transporte de sedimentos desde las áreas entre los surcos hacia dentro de los surcos. Su capacidad de transporte depende directamente de las características de las gotas de lluvia que, produciendo turbulencia en la lámina de agua, determinan la cantidad de suelo que quedará en suspensión. El flujo en los surcos, canalizado o concentrado, tiene la capacidad de transportar el material recibido del flujo de los entresurcos, así como de producir la separación de material del cuerpo del suelo dentro del surco.

Según Meyer (1976) estos procesos son selectivos en lo que respecta al transporte de sedimentos. El material erosionado dentro de los surcos generalmente es más grande y menos afectado por la acción selectiva, como sucede con el sedimento de los entresurcos.

PERDIDAS DE NUTRIENTES POR LA EROSION: CONCEPTOS PRELIMINARES

(Se comenta por separado las pérdidas de nutrientes por la erosión, debido al creciente aumento de problemas, no sólo en las áreas agrícolas sino también por los problemas de contaminación ambiental (por ejemplo, eutroficación) en los lugares donde sedimentan los materiales erosionados.)

Según Baker y Laflen (1983) la pérdida de nutrientes puede ocurrir de tres maneras:

  1. por percolación en el perfil del suelo;
  2. en solución en el agua de escorrentía; y
  3. absorbidos a los sedimentos arrastrados por el agua de escorrentía.

Estos autores mencionan también que 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.

La cantidad existente en el perfil del suelo influencia directamente la concentración de nutrientes en el sedimento y en el agua. La cantidad en el perfil del suelo, en la época de aplicación de un nutriente, por ejemplo, es la suma de la cantidad naturalmente presente, la cantidad aplicada en otras ocasiones y la cantidad que está siendo aplicada.

La persistencia de un nutriente afecta la cantidad de este nutriente en el perfil del suelo. Las transformaciones químicas, físicas y la extracción por las plantas, reducen la concentración actual y, por lo tanto, las posibles pérdidas en el sedimento o en el agua.

La localización de los nutrientes afecta su concentración en la escorrentía superficial. Cuando los nutrientes están en la superficie las pérdidas son mayores que en los casos donde no hubo abonamiento o donde los nutrientes fueron incorporados al suelo (Timmons et al, 1973).

La adsorción del suelo es otro factor importante de la determinación de la concentración de nutrientes en el agua y en el sedimento, debido a que existe un equilibrio entre la concentración de nutrientes en el suelo y en el agua. Para la mayoría de los nutrientes existe una constante K (constante de equilibrio o coeficiente de adsorción), que es la relación entre la concentración del nutriente asociado al suelo o sedimento y la concentración del nutriente disuelto en el agua en contacto con el suelo o sedimento. Cuando el nutriente presenta un aumento de afinidad por el suelo, la K aumenta. Para un nutriente y un suelo determinados, la K generalmente disminuye levemente cuando las concentraciones aumentan. Cuando la variación de la concentración no es grande, se puede asumir K como constante.

Aunque las propiedades del suelo tales como pH, textura y materia orgánica puedan afectar la K, los valores de K están dados mucho más en función del nutriente. Por esta razón los nutrientes pueden ser agrupados en tres clases, de acuerdo a los valores de K:

Clase 1 - K > 100 (nutriente con alto K): los nutrientes se pierden, en principio, con el sedimento;
Clase 2 - K < 0,1 (K con valores extremadamente bajos): los nutrientes se pierden por drenaje subsuperficial;
Clase 3 - K intermedio entre las otras dos clases: los nutrientes se pierden, en principio, en solución en el agua de escorrentía superficial.

Los nutrientes de la clase 1 incluyen compuestos que son absorbidos por el suelo y/o tienen baja solubilidad. El nitrógeno orgánico total y el fósforo están en esta clase.

El nutriente más importante que se pierde por percolación es el nitrógeno nítrico que tiene un valor bajo de K. Las pérdidas por escorrentía superficial comúnmente son bajas debido a la baja tasa de infiltración cuando se inicia la precipitación y a la lixiviación de nitrógeno nítrico no absorbido hacia abajo de la capa arable. En el caso de suelos con infiltración limitada o húmedos, en los cuales la tasa de infiltración es baja, las pérdidas de nitrógeno nítrico por escorrentía superficial pueden ser mayores que las por percolación profunda.

El nitrógeno amoniacal y el potasio intercambiable se sitúan en la clase intermedia (clase 2).

En Baker y Laflen (1983) se puede encontrar mayores detalles respecto a este tema.

Uno de los parámetros más utilizados últimamente para caracterizar o evidenciar las consecuencias de la erosión del suelo es la "tasa de enriquecimiento". La tasa de enriquecimiento es la relación entre la concentración de nutrientes en el sedimento erosionado y la concentración respectiva en el suelo de origen. Según Stocking (1984), el suelo removido es más rico en nutrientes en la casi totalidad de los casos. La tasa de enriquecimiento tiende a declinar cuando la fertilidad del suelo original declina (Lal, 1976) y cuando las tasas de pérdida de suelo son muy elevadas (Massey y Jackson, 1952).

La tasa de enriquecimiento de los nutrientes del suelo puede variar desde algo más de 10% (tasa = 1,1) hasta más de 10 veces (tasa = 12,6) como muestra el cuadro 1.

CUADRO 1
Comparación entre la concentración de nutrientes en los sedimentos erosionados y la concentración en el suelo original (tasa de enriquecimiento): Revisión

Materia Orgánica N

Total

P

Disponible

K

Intercambiable

Fuente
- - 3,3 4,7 Rogers, 1941
3,9 4,2 - - Knoblanch et al, 1942
2,1 2,7 3,4 - Massey y Jackson, 1952
1,1 1,1 2,2 6,7 Massey et al, 1953
- - - 12,6 Stoltenberg y White, 1953
2,0 2,1 2,4 - Hudson Y Jackson, 1959
2,4 1,6 5,8 1,7 Lal, 1976
1,5 - 1,9 1,8 Ketchenson V Webber, 1978
10.4 1.5 2.2 1,3 Quansah y Baffoe, 1981

Fuente: Stocking (1984)

Veiga et al (1992) calcularon la tasa de enriquecimiento para el fósforo disponible, potasio intercambiable, materia orgánica y calcio más magnesio en un Ferralsol ródica (Latossolo roxo, sistema brasileño) y en un Cambisol eutrófico (Cambissolo distrófico, sistema brasileño), y no encontraron tasas mayores de 2,89 (en el caso del potasio intercambiable) en el Ferralsol y de 1,39 (de calcio más magnesio) en el Cambisol. En este último suelo, después de un año de recolección de datos no se verificó enriquecimiento en fósforo disponible ni en potasio intercambiable ni tampoco en la mayoría de los nutrientes.

Las prácticas de control de erosión deben procurar controlar las pérdidas de nutrientes por disolución o absorbidos en el sedimento. Debido a la dificultad de controlar el volumen de agua de drenaje, el control de la lixiviación de nitrógeno nítrico debe ser realizado principalmente por la reducción de la concentración en el agua de drenaje, o sea la reducción de la concentración de nitrógeno nítrico en el agua del suelo. Para esto es necesario calibrar la necesidad de nitrógeno nítrico de los cultivos con su disponibilidad, por medio de su uso eficiente en lo que respecta a época y tasa de aplicación, conjuntamente con el uso de aditivos para prevenir la nitrificación del nitrógeno amoniacal. Las pérdidas de nutrientes transportados por la escorrentía superficial pueden ser disminuidas reduciendo la concentración de nitrógeno en la capa superficial, o sea por incorporación mecánica o por la reducción del caudal de agua de escorrentía. Para la mayoría de los suelos, aunque se utilice cualquier práctica, es difícil aumentar la infiltración de una manera significativa para así reducir la escorrentía por largos períodos. El aumento de infiltración ciertamente seria ventajoso inmediatamente después de la aplicación de los nutrientes, que es cuando las pérdidas ocurren con mayor intensidad (Baker y Laflen, 1983).

NIVELES DE NUTRIENTES EN SUELOS EROSIONADOS

La erosión es un proceso que actúa de manera selectiva, arrastrando las partículas más finas y más reactivas del suelo (arcilla y materia orgánica) y dejando las partículas más gruesas, pesadas y menos reactivas.

De esta manera la erosión provoca una disminución de la concentración de nutrientes en el suelo degradado remanente (Stocking, 1984).

En el cuadro 2 se presentan distribuciones típicas de nutrientes, en función de la profundidad en dos perfiles de un Ferralsol erosionado y no erosionado. En la figura 2 se busca relacionar, en función de la pendiente, varios datos disponibles sobre la severidad de la pérdida de nitrógeno y fósforo, y por extensión las pérdidas totales del suelo superficial, en un Ferralsol.

CUADRO 2
Variación de los niveles de nutrientes, por profundidad de suelo en perfiles de un oxisolo degradado y no degradado

 

Cationes intercambiables (meq/100 g)

Perfil Profun- didad(cm) pH C% P ppm Zn ppm ppm Ca Mg K H
D1-erosio-nado 0-15 4,5 1,4 6 1,0 5,7 1,4 0,9 0,15 12,1
15-30 4,6 1,3 <2 0,9 4,1 2,1 1,2 0,11 11,3
30-60 4,5 - <2 1,1 3,5 1,5 0,7 0,10 11,8
60-90 4,5 - < 2 1,0 3,3 1,2 0,5 0,09 11,9
D2-noerosionado 0-15 5,3 2,6 33 3,5 31,0 5,2 2,1 0,32 8,3
15-30 4,8 1,2 5 0,9 4,4 2,3 1,8 0,18 8,4
30-60 4,5 1,0 3 1,9 4,2 1,8 1,3 0,19 8,1
60-90 4,3 0,5 3 5,5 8,2 1,2 0,6 0,14 6,1

Fuente: Mobert (1972) citado por El-Swaify Y Dangler (1982).

FlGURA 2 : Relación del potencial de perdida da suelo y nutrientes con el grado de pendiente en un Oxisol tropical desprotegido. (Los cálculos se basaron en datos experimentales da erodabilidad del sudo. en rampas de tamaño patrón, con 1200 mm de precipitación anual y con Indica de erosión correspondiente a 350).:
Fuente: El-Swaifv Y Dangler (1982).

Comparando los niveles de nutrientes con parámetros químicos correlacionados de dos perfiles del suelo erosionado y no erosionado, Mobung (1972) citado por Stocking (1984) observó los siguientes efectos de la erosión:

  1. disminución del pH, en función de los contenidos de aluminio intercambiable;
  2. reducción del 50% en los contenidos de carbono y nitrógeno en los 15 cm superiores;
  3. bajos niveles de Zn y P;
  4. bajos niveles de Ca y Mg;
  5. el K y el Cu no fueron muy afectados.El autor afirmó que la fertilidad fue afectada por lo menos hasta 150 cm de profundidad en los perfiles erosionados y que no permitió el reciclaje de nutrientes.

EFECTOS DE LA EROSION EN LA FERTILIDAD DEL SUELO

Los cambios en las propiedades del suelo, provocados por la erosión, producen alteraciones en el nivel de fertilidad del suelo y consecuentemente en su capacidad de sostener una agricultura productiva. Estos cambios según Stocking (1984), pueden ser debidos a uno o más factores. El factor o factores que provocan los cambios y así limitan la productividad del suelo son denominados factores limitantes del suelo.Stocking, basado en Buol et al. (1975) y en Sanchez y Cochrane (1980); define los principales factores limitantes del suelo en los sistemas de cultivo en regiones tropicales y los caracteriza cualitativamente en relación a la erosión (cuadro 3). De esta manera se puede concluir que la productividad del suelo está relacionada a un gran número de factores limitantes físicos y químicos, que de una manera general componen la fertilidad del suelo.Otros autores (El Swaify y Dangler, 1982; USDA, 1981 y Schertz, 1985) clasifican los factores que causan la reducción de la productividad debido a la erosión del suelo en dos grupos principales:

  1. Disminución de los contenidos de materia orgánica y de nutrientes, y
  2. Degradación de la estructura del suelo y disminución de la capacidad de retención de agua.

Otros factores también citados se refieren a la reducción de la profundidad efectiva del suelo y remoción desuniforme del suelo, a nivel de campo (USDA, 1981; Ota, 1982, citado por Schertz, 1985).

El comportamiento de cada uno de estos factores puede variar principalmente de acuerdo al tipo de suelo. En el caso de suelos tropicales intensamente meteorizados, en los cuales los nutrientes están concentrados en la capa superficial, las pérdidas de nutrientes y de materia orgánica no son estrictamente proporcionales a la profundidad (El Swaify y Dangler, 1982). Schertz (1985) observó disminución en los contenidos de materia orgánica y de fósforo y aumento de la cantidad de arcilla en la capa superficial del suelo (15 cm) cuando la erosión pasó de leve a severa (cuadro 4). Veiga e! al. (1992) observaron alteraciones significativas de los contenidos de nutrientes y de aluminio tóxico en los 20 cm superficiales del suelo, después de tres años de erosión diferenciada, con lluvia natural (cuadro 5). Es posible que el tiempo del estudio no haya sido suficiente para producir alteraciones más significativas en éstos y en otros parámetros.CUADRO 3

CUADRO 3
Factores limitantes del suelo, inducidos por la erosión, que provocan disminución en la productividad del suelo

Factores limitantes

Definición
FACTORES FISICOS  
1. Poca profundidad Capas restrictivas en los primeros 50 cm del

suelo. Se incluye los Litosoles

2. Stress hídrico por 3 meses Régimen de humedad ústicolar/aridico.

Capa subsuperficial seca por más de 90 días

consecutivos por año.

3. Anegamiento (saturación) por 3 meses o más (*) Régimen de humedad ácuico. Presencia de

gleización Y moteaduras.

4. Baja capacidad de retención de agua. Humedad disponible menor que 10% en la capa de los primeros 50 cm /0,1-15 bares).
5. Riesgo severo de erosión Susceptibilidad a la erosión
6. Riesgo severo de compactación. Horizontes compactados o susceptibles a la compactación debido a la textura Y estructura
7. Laterita/plintita. Plintita dentro de los primeros 125 cm.
8. Limitaciones a la mecanización. Pendientes mayores que 30%; irregularidades topográficas.
9. Baja temperatura del aire del suelo. Temperatura del aire media anual menor que 15°C.
FACTORES QUIMICOS
1. Baja capacidad de intercambio de cationes. < 4 meq/1 00g solamente en la capa de los primeros 50 cm Alto potencial de lixiviación.
2. Toxicidad de aluminio. > 60% de saturación de Al o pH < 5.
3. Toxicidad de manganeso (*) >100 ppm de Mn en el extracto de la capa de los primeros 50 cm.
4. Salinidad (*) > 4 mmhos/cm en la capa de los primeros 50 cm.
5. Sodicidad (alcalinidad) (*) 15% de saturación de Na en la capa de los primeros 50 cm.
6. Deficiencia de N. Síntomas en los cultivos.
7. Deficiencia de K. < 0,2 meq de K/1 00g solamente en la capa de los primeros 50 cm.
8. Deficiencia de P Determinación en el suelo relacionado con la oxigencia del cultivo

(*) sólo débilmente relacionado a la erosión bajo condiciones especificas.
Fuente: Stocking, 1988, basado en Buol et al (1975) Y Sánchez Y Cochrane (1980).

CUADRO 4
Valores promedios de contenido de arcilla, materia orgánica y fósforo en la capa arable (0-15 cm) de tres fases de erosión en tres suelos do EE.UU. (Corwin, Miami V Morley Soils)

Suelos Fase de erosión{%} Arcilla (%) Materia Orgánica (kg/ha) Fósforo
Corwin Leve 20,8 ab. 3,1 a 69,0 a
  Moderada 19,6 a 2,5 b 68,1 a
  Severa 23,0 b 1,9 c 45,6 a
Miami Leve 15,4 a 1,9 a 106,4 a
  Moderada 18,1 b 1,6 ab 96,5 a
  Severa 22,1 c 1,5 b 76,4 a
Morley Leve 18,6 a 1,9 a 90,9 a
  Moderada 23,0 b 1,8 ab 74,3 ab
  Severa 28,4 c 1,6 b 56,4 b

* Los datos seguidos por la misma letra en la columna no son significativamente diferentes a nivel de 5%.
Fuente: Schertz, 1985

CUADRO 5
pH y contenido de algunos elementos en la capa superficial 10-20 cm) de un Ferrasol (Haplorthox, Taxonomía da suelos del USDA), después de 3 afios de erosión en diferentes grados de cobertura del suelo bajo Iluvia natural (CPPP/EPAGRI - Chapeco, Sc. Brasil)

Tratamiento

(*)

Elemento

  pH P K M.O. Al Ca + Mg
 

ppm

%

me/100

T1 4,9 b(**) 5,7 b 49 b 3,7 a 1,7 a 5,2 a
T2 5,3 ab 9,9 ab 75 a 3,6 a 1,2 ab 6,6 a
T3 5,3 ab 11,5 ab 85 a 3,9 a 1,0 ab 6,8 a
T4 5,3 a 12,3 a 82 a 3,8 a 1,1 ab 7,0 a
T5 5,4 a 9,9 ab 101 a 4,1 a 0,6 b 6,7 a
C.V. (%) 3,1 22,8 14.9 5.6 26,6 10,6

 

* Tratamientos Pérdidas de suelo/3 años
* T1 - Suelo descubierto

T2 - Cobertura 18%

T3 - Cobertura 25%

T4 - Cobertura 30%

T5 - Maíz en sembrío directo/barbecho

869 t/ha

561 t/ha

261 t/ha

227 t/ha

75 t/ha

* * Promedios seguidos por la misma letra en la columna no difieren estadisticamente a nivel de5% (Tukey test). Promedios de 3 repeticiones.

El aspecto de pérdidas de nutrientes y de materia orgánica debe ser considerado con especial atención en el caso de los agricultores de escasos recursos que no están en condiciones de realizar la reposición de nutrientes perdidos para mantener el nivel de fertilidad del suelo. En estos casos los rastrojos inadecuados de los cultivos obtenidos en los suelos erosionados contribuyen poco a la cobertura del suelo y a su protección contra la erosión; entonces, la disminución de los contenidos de materia orgánica y de nutrientes se vuelve acelerada (El Swaify y Dangler, 1982).

La degradación física también es responsable por la reducción de la fertilidad del suelo, principalmente en el área de desarrollo radicular. Frecuentemente la capa subsuperficial remanente se caracteriza (Stocking, 1984), por presentar barreras al desarrollo radicular, tales como:

  1. alta densidad del suelo;
  2. presencia de capas impermeables tales como "hardpans" endurecidos por sesquióxidos y capas compactadas;
  3. baja capacidad de retención de agua; y
  4. poca profundidad del suelo remanente.

La erosión afecta la capacidad de retención de agua por las alteraciones en el contenido de materia orgánica y en el porcentaje de partículas menores (arcilla) del suelo. La disminución del contenido de materia orgánica también provoca alteraciones en la densidad del suelo.

Lal (1976) citado por El Swaity y Dangler (1982) mostró que el desarrollo radicular del caupi (Vigna unguiculata) y del maíz (Zea mays) fue severamente restringido por la creciente remoción de suelo. De acuerdo con el autor la causa principal fue la baja capacidad de retención de agua y el correspondiente bajo flujo de agua en los suelos erosionados.

Según Stocking (1984) es difícil definir qué parámetros físicos son los factores determinantes de uno o más efectos, debido a la gran interdependencia entre los factores físicos y químicos. Por lo tanto, no siempre es posible indicar definitivamente a un factor como responsable de un determinado efecto: por ejemplo, la menor capacidad de retención de agua puede simplemente estar actuando como consecuencia de otro factor limitante. A pesar de eso, la capacidad de retención de agua parece ser el parámetro más común, sea directa o indirectamente, que explica la reducción de los rendimientos.

Tal vez por esta dificultad es que la mayoría de los trabajos no abordan los aspectos relacionados con las propiedades físicas del suelo como factores causantes de la reducción de la productividad, o presentan conclusiones preliminares o extremadamente cuidadosas.

CONTINUED