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PARTE A

Investigación Básica

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…Probabilidad para Ajustar la Curva de I-F-D de las Lluvias…

CAPÍTULO 1

Evaluación de DiferentesDistribuciones de Probabilidad paraAjustar la Curva de Intensidad-Frecuencia-Duración de las Lluvias ala Sabana de Bogotá, en Colombia1

Carlos A. González M., Pedro Nel Pacheco D. yHarold Tafur H.*

Resumen

En la Sabana de Bogotá, en Colombia,se llevó a cabo un estudio en13 estaciones pluviográficas localizadasentre los 2500 y los 3000 msnm quetenían una longitud de registro de21 años (1970-1990). Seis funciones dedensidad de probabilidad (fdp) fueronajustadas regionalmente a lasprecipitaciones máximas ocurridas enduraciones de tiempo de 6, 12, 18 y24 horas y se seleccionó la de mejorajuste partiendo de las pruebas debondad de Kolmogorov-Smirnov y delerror cuadrático medio; la elección, parala región dada, recayó en la distribuciónGumbel.

Las curvas de intensidad-frecuencia-duración (IFD) para las precipitacionesdel estudio (duraciones de 6, 12, 18 y24 horas) en la región dada se dibujaronal final del estudio. Adicionalmente, sedesarrolló un modelo que relaciona laprecipitación de 24 horas y el período deretorno de 1.25 años con precipitacionesde menor duración y con diferentesperíodos de retorno.

Introducción

La planeación del uso de los recursoshídricos, cada vez más necesaria ennuestro medio, se puede hacer a unnivel óptimo si hay muy buenosconocimientos del carácter de laslluvias en la región estudiada. Lainterpretación correcta de los eventosasociados con las lluvias permite, tantoa los ingenieros como a losplanificadores, obtener resultadosacertados en la mayoría de laspredicciones que hagan sobre esoseventos. Es necesario, por tanto, hacerestimaciones de los parámetros de cadamodelo y escoger entre los modelos elque mejor se ajuste a las observaciones,de manera que las predicciones que sehagan respondan a las expectativascontenidas en un buen pronóstico.

Uno de los problemas que limitanel análisis es la falta de informacióndetallada. Se encuentra, en efecto,información proveniente depluviómetros, pero no son comunes lasestaciones equipadas con medidorescontinuos de precipitación, o sea, conpluviógrafos. Es indispensable,además, construir un modelo querelacione la precipitación ocurrida enuna duración de 24 horas, medida enun pluviógrafo, con las precipitacionesde menor duración y de período deretorno fijo. El modelo servirá tambiénde herramienta para extrapolar la

1. Este trabajo fue financiado por el Comité deInvestigación y Desarrollo Científico (CINDEC),Universidad Nacional de Colombia, Proyecto808018.

* Profesores asociados, Universidad Nacional deColombia (Facultad de Ingeniería-Bogotá,Facultad de Ciencias-Bogotá, Facultad deCiencias Agropecuarias-Palmira,respectivamente).

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Conservación de Suelos y Aguas en la Zona Andina:…

información obtenida en sitios en queúnicamente se dispone depluviómetros.

Región Estudiada yFuentes de Información

La región bajo estudio está localizadaen la Cordillera Oriental, en lasmontañas de los Andes. Su altitudvaría de 2500 a 3900 msnm. Se sitúaen la región central de Colombia entre4° 17’ y 5° 18’ de latitud norte y entre73° 31’ y 74° 25’ de longitud este.

La información para este estudiofue proporcionada por la Empresa deAcueducto y Alcantarillado de Bogotá(E.A.A.B.), por el antiguo Instituto deHidrología, Meteorología y Adecuaciónde Tierras (HIMAT) y por laCorporación Autónoma Regional (CAR)de las cuencas de los ríos Bogotá,Ubaté y Suárez.

Para seleccionar las estacionesmeteorológicas, se consideraban laclase de instrumentos de registro de laprecipitación que poseía, su alturasobre el nivel del mar y un número deaños de registro no menor de 21. Seseleccionaron así 13 estacionespluviográficas que presentabanmediciones continuas y tenían de2500 a 3000 msnm de altitud,aproximadamente.

Análisis Preliminar

Se empleó la técnica de curvas de doblemasa para verificar la congruencia delos datos de cada una de las estacionesde registro de lluvias. Esta técnica sebasa en la graficación de laprecipitación media acumulada envarias estaciones vecinas a la estaciónanalizada, de un lado, frente a lasmediciones acumuladas en esta últimaestación, del otro. Si la gráfica arrojauna línea muy quebrada, ésta indicaque en los puntos de ruptura la

información no es coherente (Raudkivi,1979; Searcy y Hardison, 1985). Lacomparación indicó que las series dedatos obtenidas en todas las estacionesseleccionadas eran congruentes.

La aleatoriedad de las series dedatos, la cual permite hacer uso válidode los procedimientos de inferenciaestadística, se comprobó aplicando laprueba de rachas reportada en FloodStudies Report (1975)2 . El supuesto dealeatoriedad no se pruebacontundentemente, puesto que laprueba empleada conduce a decisionesdefinitivas en la comprobación deresultados sistemáticos en la serie. Lasecuencia de rachas bajo aleatoriedadse distribuye en formaaproximadamente normal, siendo sumedia 2(N-2)/3 y su varianza (16N-29)/90 (Yule y Kendall, 1950). Se empleóun nivel de significancia de 0.05.

Análisis Regional

Se denomina análisis regional a unametodología que se emplea en estudioshidrológicos para caracterizar elcomportamiento de una zonageográficamente definida que ofreceinformación en diversos puntos. Losmétodos de regionalización de la

2. En una prueba de ‘rachas’ (= períodos breves deuna actividad en un sentido o en otro, como lasráfagas de aire en marinería) se toma una seriecronológica de observaciones consecutivas(p. ej., precipitaciones); cada observación serotula con un cero, p. ej., si es menor que laprecedente, o con un uno, si es mayor que ésta.Un resultado hipotético sería0000101010100001111, donde aparecen10 rachas (= cambios de sentido): una rachalarga de cuatro observaciones ‘menores’ (queuna anterior), una racha corta de unaobservación ‘mayor’ que la anterior, una rachacorta (cero) menor que la anterior, otra rachalarga (uno) mayor que la anterior, etc. En elsupuesto de que la serie es aleatoria, el númeroesperado de rachas será alto y se dejará teorizarprobabilísticamente para manejar la hipótesisde aleatoriedad.

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información permiten dar mayorsolidez a la estimación de losparámetros de los modelos que seconsideren. Los pronósticos, además,se benefician porque el error estándarserá menor en los estimadores (Kite,1977; Kuczera, 1982).

Para emplear esta metodología, losdatos de cada estación se consideranprovenientes de una población comúnen todo, excepto en que la estacióntiene connotaciones particulares demedia. Esto último se corrige haciendoque todas las series sean relativas a sucorrespondiente media, procedimientoque aquí se denomina estandarización.

Estimación de Parámetrosen Funciones de Densidad

de Probabilidad (fdp)

En el Cuadro 1 se muestran las fdp quese emplean en este estudio. Paraestimar los parámetros de cada una deestas fdp, se emplearon dos métodos:

el de momentos simples (MS) y el demomentos ponderados por probabilidad(MPP) que se muestran en la Figura 1(Wallis, 1980).

El método MPP es aplicable adistribuciones que pueden expresarseen forma inversa (X = X(F)), donde F esla función de distribución acumulada.Este método, introducido porGreenwood et al. (1979), obtieneestimadores sencillos y no sesgados(Cunnane, 1986). El MPP se define enla Ecuación 1 (p. 34), donde l, j, k sonnúmeros reales y F = F(x) =P(X ≤ x). Esta definición es unaexpresión de mayor generalidad que lacorrespondiente a la definición demomentos simples. Si j = k = 0,Ml, 0, 0 representa el momento conrespecto al origen, de orden l.

De las distribuciones que aparecenen el Cuadro 1, Gumbel (µ, α), GVE (µ,α, κ) y Weibull (µ, α, κ) puedenexpresarse en forma inversa; por tanto,a ellas se les aplicó el MPP para laestimación de sus parámetros.

Cuadro 1. Funciones de densidad de probabilidad (fdp).

Nombre de la función Expresión para la fdp

Distribución general de valores extremos (GVE)

Distribución Gumbel (EV1)

Distribución Weibull de tres parámetros (µ ≠ 0)

Distribución Weibull de dos parámetros (µ = 0)

Distribución Pearson tipo 3 (PT3)

Distribución Gamma

−−−

−−=

−− 11/κ11/κ

καµ)(x

1expκαµ)(x

1α1

f(x)

−−−

−−=

αµ(x

expαµ)(x

expα1

f(x)

1κκ

αµ(x

ακ

αµ)(x

expf(x)−

−

−−=

κ1κ

α(x)

expα

(x)

ακ

f(x)

−

=

−

[ ]( ) ( )( )κΓαµxαµ)(x

expf(x) k1κ

−

−−= −

[ ] ( )( )καα(x)

expxf(x) κ1 κ Γ

−= −

32


Estimación de Parámetrospor el Método MPP

Se describe primero el método deestimación MPP aplicado a ladistribución general de valoresextremos (GVE) que desarrollaron

Hosking et al. (1985); enseguida sepresentan los algoritmoscorrespondientes al mismo métodopara la estimación de las distribucionesGumbel y Weibull, los cuales fuerondesarrollados por Greenwood et al.(1979).

Estaciones

X1,1 X1,2 X1,3 .............. X1,N

X2,1 X2,2 X2,3 .............. X2,N

Años X3,1 X3,2 X3,3 .............. X3,N

.............. .............. .............. .............. ..............

.............. .............. .............. .............. ..............

Xn,1 Xn,2 Xn,3 .............. Xn,N

Columnas u ordenadas

Y1,1 Y1,2 Y1,3 .............. Y1,N

Y3,1 Y3,2 Y3,3 Y3,N

Años .............. .............. .............. .............. ..............

.............. .............. .............. .............. ..............

.............. .............. .............. .............. ..............

Yn,1 Yn,2 Yn,3 .............. Yn,N

Estandarización

1,0 1,0 1,0 1,0

M1,1/ M0,1 M1,1/ M0,1 M1,1 / M0,1 M1,1/ M0,1

Años ... ... ... ... ...

... ... ... ... ...

M1,1/ M0,1 M1,1/ M0,1 M1,1 / M0,1 M1,1/ M0,1

Suma/NMomentos regionales

M0

M1

M2

...

...

Mk

Figura 1. Algoritmo del método de estimación del momento ponderado por probabilidad (MPP) regional.

33


Distribución general de valoresextremos (GVE)Los MPP usados fueron M1, j, 0, queestán dados en la Ecuación 2 (p. 34),donde µ, α y κ son los parámetros delocalización, escala y forma,respectivamente, y Γ denota la funciónmatemática ‘gamma’.

Para la estimación de losparámetros de la GVE se requierensolamente los cálculos de M1, 0, 0, M1, 1, 0 yM1, 2, 0. El estimador de M1, j, 0 se calculaempleando las estadísticas de orden dela muestra, ponderadas por laprobabilidad empírica que lescorresponde, según las Ecuaciones 3 y 4(p. 34). En éstas, i es el rango, N eltamaño de la muestra, pi laprobabilidad empírica que sirve deestimación de F(x) para la i-ésimaobservación de la muestra aleatoriaordenada ascendentemente:

X1 ≤ X2 ≤ X3 ≤ X4 ≤.......≤ XN

Los cálculos de las estimacionesrespectivas se presentan en lasEcuaciones 5 a 8 (p. 34).

Los detalles del desarrolloalgebraico de esas estimaciones puedenconsultarse en Hosking et al. (1985).

El mismo procedimiento se siguecuando esta distribución se ajusta a laregión, en cuyo caso los MPP seobtienen del conjunto total deobservaciones hechas en las estacionesconsideradas (Figura 1).

Distribución Gumbel (EV1)Para estimar los parámetros de ladistribución EV1, Greenwood et al.(1979) utilizaron la expresión M1, 0, κ consus correspondientes estimadores,como indica la Ecuación 9 (p. 34).donde pi es el mismo estimador usadoen la distribución GVE (verEcuación 4).

Los parámetros se estimanempleando las Ecuaciones 10 y 11

p. 34), donde µ y α son los parámetrosde localización y escala,respectivamente.

Distribución WeibullEsta distribución define susparámetros según el valor de su cotainferior µ; si µ = 0, entonces los MPPque deben emplearse son M1, 0, 0 yM1, 0, 1. Una vez estimados estosmomentos, se puede hacer laestimación de los parámetros mediantelas Ecuaciones 12 y 13 (p. 34).

Cuando µ es diferente de cero,entonces los MPP que se emplearánson M1, 0, 0, M1, 0, 1 y M1, 0, 2. Laestimación de los parámetros se haceentonces usando las Ecuaciones 14, 15y 16 (p. 34).

El procedimiento para calcular losMPP para una muestra de tamaño Nes similar al que se emplea paraestimar los parámetros de ladistribución EV1.

Ajuste de Distribucionesmediante Momentos

Simples

Las distribuciones Gamma y Pearsontipo III no pueden expresarse en formainvertida, o sea, X = X(F), lo queimpide la utilización del método MPP.Se emplea entonces, para estimar losparámetros de esas distribuciones, elmétodo convencional de MS sobre lainformación referida a la región(‘regionalizada’).

Distribución Pearson tipo III(PT3)Esta distribución se caracteriza portres parámetros (ver Cuadro 1) querepresentan medidas de localización(µ), escala (α) y forma (κ). Puedeadoptar variadas formas, desde laextremadamente asimétrica'J invertida' hasta la corriente o

34


Ecuaciones 1 a 16

(1)

(2)

(3) (4) (5)

(6) (7)

(8) (9)

(10) (11)

(12) (13)

(14)

(15)

(16)

( )[ ] ( ) ( )∫ −=−=1

0

κjlκjl

κj,1,dFF1FFXF1FXEM

( ) ( ) ( )[ ]

++−++= −− κ1κΓ1j1αµ1jM κ1

0j,1,

i

N

1i

ji0j,1,

^Xp

N

1M ∑=

= N

35.0ip

i

−= 2^

c9554.2c859.7κ +=

0.3log

0.2log

MM 3

MM2c

0,0,1

^

0,2,1

^

0,0,1

^

0,1,1

^

−−

−=)2)(1κΓ(1

κ}MM{2^κ^

^

00,1,

^

01,1,

^^

−−+

−=α

^^^

00,1,

^^

κ1}/)κ(1{αMµ −+Γ+= ∑ −==

N

1ii

κiκ0,1,

^X)p(1

N

1M

^

00,1,

^^

α0.5772Mµ −=2.0ln

M2Mα 10,1,

^

00,1,

^^ −=

=2.0lnM/MlnΓ

Mα10,1,

^

0,01,

^

00,1,

^^

=1,0,1

^

0,0,1

^

^

M/2Mln

2.0lnκ

2.0ln )M2M2(

M2Mln Γ

µMα

30,1,

^

10,1,

^10,1,

^

00,1,

^

0,0,1

^^

−

−

−=

( )1,0,1

^

0,0,1

^

3,0,1

^

21,0,1

^

0,0,1

^

3,0,1

^

^

M4MM4

MMM4µ

−+

−

=

−

−=

)M2M2(

M2Mln

2.0lnκ

30,1,

^

10,1,

^10,1,

^

00,1,

^

^

35


Ecuaciones 17 a 27

(17) (18) (19)

(20) (21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

καxµ^^^

−=−

Cs2/κ^

=

x/sα 2^ −= 2^^

)α/(sκ =

tlnββP

P1

^

0

^

D1.25

Dt +=

Dlnα^

α^

P

P1024

t

Dt +=

241.251

^

0

^

1

^

0

^Dt t}PlnββD}{lnαα{P ++=

tln375663.0958835.0P

P*

D1.25

D

t +=

Dln02508.0073405.1P

P*24

t

D

t +=

κ/sα^

22^

=

2425.1

Dt P)Dln02508.0073405.1(t)ln375663.0958835.0(P ** ++=

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normal, lo que depende del valor de sutercer parámetro. La estimación de losparámetros de esta distribución se hacepartiendo de las Ecuaciones 17, 18 y 19(p. 35).

La derivación detallada de estosestimadores puede consultarse en Kite(1977). CS es el coeficiente deasimetría de los datos de las muestras.

Distribución GammaEsta distribución es un caso particularde la distribución PT3, donde µ = 0; susparámetros se estiman con lasEcuaciones 20 y 21 (p. 35), donde s esla desviación estándar y x es la media.

La fdp Regional Escogiday sus Relaciones con

la Curva IFD

Para seleccionar la fdp que mejor seajustara a la región, se hicieron laspruebas de bondad del ajuste deKolmogorov-Smirnov. Varias de estasfunciones resultaron apropiadas segúneste primer criterio; se pasó entonces avalorar el error cuadrático medio delajuste anterior para dilucidar así lamejor fdp.

De cada registro se calculan losniveles de probabilidad de lasintensidades (de lluvia) y de lasduraciones especificadas; al graficarestos niveles, se obtienen las curvas deIFD.

Relaciones Regionales

Bell (1969) propuso una relaciónempírica para las curvas de IFD.Considerando esa propuesta, en esteestudio se probaron tres modelos deregresión lineal, uno para cada una delas relaciones que se indican acontinuación. El análisis de varianzade los ajustes realizados indicó que lasEcuaciones 22 y 23 (p. 35) tenían elmejor comportamiento.

Desarrollando la Ecuación 22 para24 horas de duración y sustituyendo elresultado en la Ecuación 23, se obtieneun modelo general que se expresa en laEcuación 24 (p. 35).

Resultados

Se seleccionaron 13 estacionespluviográficas en las cuales las curvasde doble masa dieron evidencia de quela información disponible era

Pre

cipi

taci

ón a

nu

alac

um

ula

da e

n la

est

ació

n(m

iles

de

mm

)

Precipitación anual acumulada en la región (miles de mm)

18

1614

12

10

8

6

420

1 3 4 6 7 8 10 11 13 14 16

Figura 2. Curva de doble masa para comprobar la coherencia de los datos de precipitación de la estaciónGuaymaral, en la Sabana de Bogotá.

37

…P

robabilidad

para Aju

star la Cu

rva de I-F

-D d

e las Llu

vias…

Cuadro 2. Parámetros regionales estimados para precipitación máxima en duraciones de 6, 12, 18 ó 24 horas, según las distribuciones de probabilidad estudiadas.

Funciónes fdp Duración de Duración de Duración de Duración de6 horas 12 horas 18 horas 24 horas

µ α κ µ α κ µ α κ µ α κ

GEV 0.862 0.267 0.065 0.872 0.264 0.101 0.876 0.248 0.086 0.882 0.251 0.122

EV1 0.854 0.252 0.860 0.242 0.867 0.230 0.869 0.227

Weibull 0.403 0.337 2.000 0.387 0.320 2.167 0.430 0.305 2.109 0.400 0.297 2.285(µ ≠ 0)

Weibull 1.110 3.603 1.107 3.770 1.103 3.985 1.103 4.046(µ = 0)

Pearson tipo III 0.322 4.965 0.136 0.086 10.187 0.090 0.149 9.756 0.087 -0.075 16.422 0.065(PT3)

Gamma 10.818 0.092 12.200 0.081 13.461 0.074 14.215 0.070

38


1212121212121212121212121212121212121212

1212121212121212121212121212121212

123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123

12121212121212121212121212121212121212121212121212121212

123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123

123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123

123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123

123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123

12121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212

123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123

123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123

12121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212

123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123123

1212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212

123412341234

123123123

5 V

5

55 5 5

55V

VVVV

V

V

6 horas 12 horas 18 horas 24 horas Promedio

2.5

2.0

1.5

1.0

0

0.5

2.5

2.0

1.5

1.0

0

0.5

1.25 5 10 15 20 50 100

6 horas 12 horas 18 horas 24 horas Promedio

Período de retorno (años)

Figura 3. Distribución regional Gumbel (EV1). (reg. = región; est. = estación pluviográfica;prom. = promedio). A = histograma; B = curva.

Val

or e

stán

dar

de p

reci

pita

ción

, P (P

reg.

= P

est./P

prom

.)A

B

39


coherente. La precipitación anualregistrada en la estación Guaymaral(Figura 2) refleja el comportamientotípico de las demás series de datosseleccionadas.

Otras pruebasLas pruebas de rachas para establecerla aleatoriedad de las series de datosde precipitación condujeron a laaceptación (no se rechaza) de lahipótesis nula, es decir, hayaleatoriedad en los datos. Losparámetros regionales estimados paralas diferentes fdp aparecen en elCuadro 2.

Las pruebas de bondad del ajusteindicaron que la fdp que mejor secomportó, en todas las pruebas, fue laGumbel (EV1).

Las curvas de IFD se muestran enla Figura 3. Se observa allí que todastienden a confundirse en una sola, locual facilitará su manejo cuando seapliquen en la región. Para usarlas, esnecesario conocer el valor promedio dela precipitación para una duracióndada o una ecuación que relacione laprecipitación en 24 horas de duracióncon las lluvias que ocurran en unaduración menor.

Modelo regionalSe hizo un análisis de regresión entrediferentes modelos, con lluviasocurridas en duraciones de 24 horas enperíodos de retorno variables, de unaparte, y lluvias ocurridas en duracionesdadas y con períodos de retornotambién dados. Los resultados de esteanálisis condujeron a los modelosexpresados en las Ecuaciones 25, 26 y27 (p. 35).

Estas ecuaciones han sidoelaboradas con datos de muy pocasestaciones. No obstante, podrán usarsepara predecir la precipitación tanto enlas cuencas de la región que no posean

estaciones pluviográficas como tambiénen las que sí las tengan; en éstasúltimas se conoce el valor promedio dela precipitación en cada estación.Estos usos potenciales se apoyan en losdiferentes estudios regionales que hancomprobado la solidez de los métodosregionales (González, 1989).

Referencias

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Cuantificación y Estudio de la Erodabilidad…

CAPÍTULO 2

Cuantificación y Estudio de laErodabilidad de los Suelos Andinos enel Suroccidente Colombiano

D. E. Leihner* , M. Ruppenthal*, J. A. Castillo F.** yK. Müller-Sämann*

Resumen

La Universidad de Hohenheim estámanejando en colaboración con el CIAT,desde 1986, un proyecto deinvestigación sobre la erosión y laconservación de los suelos andinos en elsuroccidente colombiano. El proyectoestá orientado, principalmente, a losInceptisoles prevalentes en eldepartamento del Cauca. Para lageneración y el procesamiento de losdatos se utilizó el modelo paraestimación de la pérdida de suelo(USLE, en inglés), desarrollado porWischmeier y Smith (1978). El trabajode campo se llevó a cabo en la estaciónexperimental del CIAT en Santander deQuilichao y en la finca de un pequeñoagricultor de Caldono, Cauca.

Se halló que la resistencia inherentede los Inceptisoles andinos delsuroccidente de Colombia a la erosiónera alta, ya que los valores de K eranhasta 10 veces más bajos que losobservados en los suelos agrícolassusceptibles de otras partes del mundo.

La influencia de la erodabilidad enlos procesos erosivos es relativamente

baja si la comparamos con factorescomo la erosividad de las lluvias y elmanejo agronómico; el parámetro demayor impacto es, en este caso, el factorC (manejo agronómico).

Después de tener, cubiertos porpastos, un descanso prolongado, losInceptisoles andinos son muy estables;pierden, sin embargo, esta cualidad apartir del tercer año de cultivopermanente. La erodabilidad es, portanto, un factor dinámico, y es posibleinfluenciarla mediante prácticasculturales apropiadas, tales como larotación de algún cultivo con una mezclade pasto y leguminosa.

Comparada con el método empírico,la determinación del factor K por elnomograma subestima los valores realeshallados hasta por un factor de 6. Laposible causa de esta diferencia es elalto grado de agregación que causa uncomportamiento de tipo arenoso en lossuelos arcillosos. Además, el contenidode materia orgánica (M.O.) de los suelosinvestigados es más alto de lo quepermite considerar el nomograma; estaM.O., además, es poco activa.

Introducción

La Universidad de Hohenheim manejaen colaboración con el CIAT, desde1986, un proyecto de investigaciónsobre la erosión y la conservación de los

* Investigadores, Universidad de Hohenheim,Stuttgart, Alemania.

** I.A., M.Sc., Asistente de investigación, Proyectode Conservación de Suelos y Aguas, CIAT, Cali,Colombia.

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suelos andinos en el suroccidentecolombiano; el proyecto está orientado,principalmente, hacia los Inceptisolesque predominan en el departamentodel Cauca.

Las investigaciones se llevaron acabo partiendo del modelo paraestimación de la pérdida de suelo porerosión hídrica, desarrollado porWischmeier y Smith (1978), o sea, laEcuación Universal de Pérdida deSuelo, EUPS (en inglés: Universal SoilLoss Equation, USLE).

Este trabajo presenta algunosresultados de la investigación sobreuno de los seis parámetrosconsiderados por la EUPS, el factor K,con el cual se caracteriza laerodabilidad de los suelos.

Materiales y Métodos

La investigación de campo se llevó acabo en parcelas de escorrentía en laestación experimental del CIAT enSantander de Quilichao (CIAT-Quilichao) y en la finca de un pequeñoagricultor en el corregimiento deMondomo, en Caldono, Cauca.

Santander de Quilichao estásituado a 3° 06’ N y 76° 31’ W. El climaes subhúmedo y tiene 1799 mm deprecipitación anual y una temperaturamedia anual de 23.8 °C. El suelo fueclasificado como Oxic dystropept(Inceptisol), que tiene pH y CIC bajos.El relieve de Quilichao se caracterizadopor las pendientes leves (de 7% a 13%).

Mondomo está situado a 2° 53’ N y76° 35’ W. El clima también essubhúmedo, con 2133 mm deprecipitación anual y una temperaturamedia anual de 18.2 °C. El suelo es unOxic humitropept (Inceptisol) concaracterísticas similares a las deSantander de Quilichao, aunque harecibido mayor influencia de lascenizas volcánicas. El relieve deMondomo es un poco más accidentado

que el de Santander de Quilichao, conpendientes que van de 12% a 20%.

La erodabilidad o factor K de laEUPS (objeto de este estudio) se definecomo la susceptibilidad inherente de unsuelo específico a la erosión por el agua.Puede determinarse tanto en formaindirecta como directamente. Elprocedimiento para la determinacióndirecta (que es empírica) fue descritopor Wischmeier y Smith (1978),quienes midieron la cantidad de sueloperdido en parcelas de escorrentía ycalcularon una tasa de pérdida desuelo, o sea, el suelo perdido porunidad del factor R (erosividad de lalluvia). Hicieron un gran número dedeterminaciones directas ydesarrollaron, finalmente, el método deestimación indirecta, por nomograma,de la erodabilidad. En estenomograma, el factor K se estima enfunción de las propiedades físicas yquímicas del suelo, tales como textura,materia orgánica (M.O.), estructura ypermeabilidad.

Resultados

Los resultados aquí indicados destacan,ante todo, la importancia de laerodabilidad (K) en los procesos deerosión relacionándola con otrosfactores que influyen en ésta, talescomo la erosividad de la lluvia (R) y elmanejo agronómico del suelo (C); esútil, por ello, comparar los cambios quese observaron en la erodabilidad delsuelo, en la erosividad del clima y en lacobertura del suelo por los cultivos.

• En la época de cultivo de 1990-1991, en Santander de Quilichao,la parcela que gozaba de lasmejores condiciones de suelo tuvouna erodabilidad K de 0.015,mientras que la que se hallaba enpeor estado alcanzó un valor K de0.018; el factor de variación es, portanto, de 1.2.

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• En la misma época, el mes en quela erosividad fue más baja tuvo unfactor R de 100, mientras que elmes de erosividad más alta llegó aun factor R de 1400; resulta así unfactor de variación de 14.

• La pérdida de suelo relativa esinfluida por el manejo agronómico(principalmente por la cobertura);se expresa por el factor C, que tuvola variación más fuerte (entre 0.01y 1.44) y dio, por ello, un factor devariación de 144 (Cuadro 1).

Estos datos indican, asimismo, elpotencial que tiene cada uno de estosfactores para ejercer una influenciasobre los procesos de erosión:

• El factor K, al menos durante unciclo vegetativo, no está sujeto amucha variación; por lo tanto,durante un año o un ciclovegetativo, tiene solamente unmínimo potencial de influenciasobre los procesos de erosión decorto plazo.

• El factor R tiene una influencianotable sobre los procesos deerosión y sobre la cantidad de sueloperdido, pero no es susceptible a laacción del manejo.

• El factor C es el de mayor impactoen los procesos de erosión y el quetiene más posibilidades de serinfluenciado mediante un manejoagronómico apropiado.

• Los datos sobre K acumuladosdesde que se inició estainvestigación en Santander deQuilichao y en Mondomo(Ruppenthal et al., 1996)demuestran dos hechos:

- A corto plazo, la posibilidad deinfluenciar a K en sentidopositivo (por ejemplo, agregandoM.O. al suelo) o en sentidonegativo (por un usoinapropiado que lleve los suelosa la degradación) es limitada.

- A largo plazo, la erodabilidad esun factor dinámico que causacambios muy claros según losprocesos de degradación que seproduzcan (Cuadro 2).

Los datos de K en las parcelas deescorrentía (sin cultivo) de Santanderde Quilichao indican —desde el año en

Cuadro 1. Valor mínimo, valor máximo y factorde variación de la erodabilidad delsuelo (K), de la erosividad de la lluvia(R) y del factor de manejo agronómico(C) durante la época de cultivo 1990-1991, en Santander de Quilichao,Colombia.

Valores Factores

K R C

Valor mínimo 0.015 100 0.01

Valor máximo 0.018 1400 1.44

Factor de variacióna 1.2 14 144

a. Factor por el cual hay que multiplicar el valormínimo para llegar al valor máximo.

FUENTE: Leihner et al. (1996).

Cuadro 2. Pérdida de suelo y factor K de laecuación universal que estima laspérdidas de suelo por erosión hídrica(EUPS), en Santander de Quilichao,Colombia.a

Año de observación K Pérdida de suelo(t/ha)

1986-87 0.0014 15.0

1987-88 0.0040 49.2

1988-89 0.0130 196.5

1989-90 s.d.b 165.0

1990-91 0.0150 143.7

1991-92 0.0180 222.6

a. Ambos factores fueron determinadosdirectamente partiendo de datos tomados enparcelas de escorrentía sin vegetación, durante7 años.

b. s.d. = sin datos disponibles.

FUENTE: Ruppenthal et al. (1996).

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que comenzó el proyecto (1986) ydurante los primeros 2 años— un valorde K muy bajo, que corresponde a unaresistencia a la erosión muy alta delsuelo. La situación cambió a partir deltercer año, cuando ocurrió un aumentobrusco de K y, por ello, una pérdidanotable de la estabilidad del suelo.Este proceso continuó hasta el final delperíodo observado.

El comportamiento de K enMondomo, durante el mismo período,fue muy similar. En las condicionesclimáticas y ambientales queprevalecían en Santander de Quilichao,se cultivaba un suelo que, cubierto conel pasto Paspalum notatum, habíaestado en descanso muchos años. Poresta razón, al parecer, presentó unperíodo de gracia en que el riesgo deerosión fue bajo durante 2 años; en estetiempo, la estabilidad estructural y laresistencia a la erosión del suelo fueronconsiderables. Este suelo perdió suscualidades progresivamente en los añossiguientes porque los sistemas decultivo que soportó no contribuyeron,de manera adecuada, a su

conservación. En cambio, los cultivosque rotan con mezclas de pastos yleguminosas sí han contribuido a sumejoramiento.

Los datos presentados en estetrabajo se prestan también para haceruna comparación metodológica. Secomparará por ello, en adelante, laefectividad del método dedeterminación de K ideado porWischmeier y Smith (método indirectopor nomograma) con los resultadosobtenidos mediante determinaciónempírica (parcelas de escorrentía).

Durante las épocas de cultivo de1990 a 1992, se tomaron muestras desuelo que permitieron obtener lainformación necesaria para los cálculosde K previstos por el nomograma. Losresultados se presentan en el Cuadro 3.Ahora bien, la comparación de losvalores de K calculados mediante elnomograma, con los valores de Kdeterminados empíricamente, muestraque los valores calculados subestiman,por un factor de 2.5 a 6, la erodabilidaddeterminada empíricamente(Cuadro 4).

Cuadro 3. Propiedades del suelo en una profundidad de 0 a 10 cm, en las parcelas de escorrentíaestablecidas en Santander de Quilichao y en Mondomo, en el departamento del Cauca, Colombia.Los datos son promedios de los muestreos hechos entre 1990 y 1992.

Parámetro En Santander de Quilichao En Mondomo

Textura (método de pipeta)

arcilla, % (< 0.002 mm) 75.03 64.14

limo, % (0.002 a 0.05 mm) 15.68 21.15

arena muy fina (0.05 a 0.1 mm) 2.13 1.51

arena fina (0.1 a 0.25 mm) 5.55 6.16

resto de arena (0.25 a 0.63 mm) 1.61 7.04

Materia orgánica, %a 5.80 4.80

Código de estructura 3 3

Clase de permeabilidad 2 2

a. Para el cálculo según el nomograma; en este caso se usa el valor de 4%.

FUENTE: Ruppenthal et al. (1996).

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La explicación de que se subestimeese valor se halla, posiblemente, en dosaspectos:

• Por un lado, se encontraron altosvalores de arcilla en los análisis delaboratorio que reflejan unasituación artificial frente al estadode agregación de esas arcillas en elsuelo, induciendo en ellas uncomportamiento similar al de lossuelos constituidos por limo yarena fina (Lal, 1990; Roose, 1975).

• Por otro lado, el procedimiento conque se calcula el valor K por elnomograma limita el rango decálculo para la M.O. a 4.0%, cuandoen realidad los suelos tienencontenidos de M.O. superiores.

Conclusiones

• En los Inceptisoles andinos delsuroccidente de Colombia seencontró una alta resistenciainherente a la erosión.

• Al comparar la influencia de laerodabilidad con la que tienen laerosividad de las lluvias y elmanejo agronómico, se encontróque la primera es relativamentebaja y que el parámetro de mayorimpacto era el factor C (manejoagronómico).

• Después de un descansoprolongado gracias a las pasturas

Cuadro 4. Comparación de los valores de Kestimados con el nomograma deWischmeier y Smith (1978) con losdeterminados empíricamente en lasparcelas de escorrentía de Santanderde Quilichao y Mondomo, durante elperíodo 1990 a 1992.

Método de Valor Kdeterminación En Quilichao En Mondomo

Por nomograma 0.0033 0.0056

Empírico 0.0180 0.0120

que en ellos se establezcan, losInceptisoles andinos son muyestables; sin embargo, pierden estacualidad a partir del tercer año decultivo permanente.

• La erodabilidad es, por tanto, unfactor dinámico de largo plazo quepuede ser influenciado medianteprácticas culturales apropiadas,tales como la asociación de cultivosy la rotación de cultivos conmezclas de pastos y leguminosas.

• Comparada con el método empírico,la determinación del factor K por elnomograma subestima, hasta porun factor de 6, los valores reales deK que se hallaron para losInceptisoles andinos.

• Este efecto puede deberse tanto alalto grado de agregación —queinduce, en los suelos arcillosos, uncomportamiento parecido al de lossuelos constituidos por limos yarenas finas— como al contenidode M.O. de los suelos investigados—más alto de lo que permiteconsiderar el nomograma.

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47

Procesos Físicos de Erosión y su Dinámica:...

CAPÍTULO 3

Procesos Físicos de Erosión y suDinámica: Prevención y Control enSuelos de Ladera de la Zona CafeteraColombiana

José Horacio Rivera P.*

Resumen

Usando un simulador de lluvia en ellaboratorio y una intensidad de lluvia de100 mm/h, se determinaron dos índicesde erodabilidad: Ki o erodabilidad entresurcos, de la WEPP (Lal y Elliot, 1994;Nearing et al., 1989) y K, de la USLE(Wischmeier y Smith, 1978). Seensayaron cinco suelos de la zonacafetera que tenían agregados de trestamaños: 1 a 2, 0.5 a 1 y < 0.5 mm.Tres de estos suelos derivan de cenizasvolcánicas (Chinchiná, Montenegro yFresno) y son Typic melanudans; losotros dos (Parnaso y Guamal) son Typiceutropepts y derivan de basaltos yareniscas olivínicas. Las muestrasfueron tomadas de los primeros 10 cmde suelo y se prepararon manualmenteen bandejas que tenían un gradiente del70%.

En los suelos de cenizas volcánicas,el flujo de agua por percolación está enun rango de 65% a 91%. En contraste,el flujo por escorrentía para el suelo deGuamal está entre 55% y 75%. Laescorrentía es mayor en los agregadosmenores que 0.5 mm. Las mayorespérdidas de suelo ocurren por dispersiónde los agregados. Los lodos

suspendidos en las aguas de escorrentíay de percolación son muy bajos en todoslos suelos, excepto donde los agregadosson menores que 0.5 mm.

Los valores más altos deerodabilidad están en los agregadosmenores que 0.5 mm. Los rangospromedio registrados (valores máximos ymínimos) de Ki (kg·s/m4) y de K (t·ha·h/MJ·mm·ha) para cada suelo son,respectivamente, 13.76 a 53.94 y0.093 a 0.370 para el suelo de Guamal;1.39 a 25.39 y 0.009 a 0.172 para el deMontenegro; 1.91 a 13.25 y 0.013 a0.090 para el de Chinchiná; 2.05 a13.50 y 0.014 a 0.080 para el deParnaso; y 1.98 a 8.75 y 0.013 a0.060 para el de Fresno. Laerodabilidad de los suelos se incrementacuando decrece su contenido de materiaorgánica.

Se desarrolló un programa demanejo integrado de arvenses en elcultivo del café para reducir la erosión,en el cual se emplearon coberturas‘nobles’, es decir, plantas de porte bajo orastrero que protegen el suelo contra laerosión hasta niveles de 95% a 97% sininterferir con el cultivo. Un manejoselectivo permitió eliminar las arvensesagresivas para favorecer así el dominiopoblacional de las coberturas noblesexistentes en el terreno. Se diseñó contal fin un equipo sencillo, económico, depoco peso y fácil de construir por elagricultor, que tiene, además, el

* I.A., M.Sc. Investigador, Líder del ProgramaConservación de Suelos, Centro Nacional deInvestigaciones del Café (Cenicafé), Chinchiná,Caldas, Colombia.

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incentivo intrínseco de reducir los costosde producción (de 85% a 92% respectoa la desyerba tradicional con machete).

Se describen también algunostratamientos biológicos de control deprocesos avanzados de erosión; seemplearon en ellos materialesdisponibles en la finca, como escombrosde construcción, piedra, gravilla yespecies de fácil propagación, ya seavegetativa o por semilla. Se logra asírecuperar suelos erosionados en untiempo corto (de 3 meses a 3 años), conobras sencillas adaptadas al medioambiente, y a un costo bajo (de 85% a98% menor que el de las obras deconcreto).

Introducción

Wischmeier y Smith (1978)establecieron la Ecuación Universal dePérdida de Suelo, EUPS (en inglés:Universal Soil Loss Equation, USLE)que contiene los factores activos,pasivos y atemperantes que causan laerosión. La Federación Nacional deCafeteros de Colombia ha trabajado enla determinación de los siguientesfactores: R, el índice de erosividad delas lluvias, mediante los índices deerosión pluvial de Fournier (1975) y losde Hudson (1982); K, la susceptibilidaddel suelo a la erosión, mediante índicesde erodabilidad; L, la longitud de lapendiente; S, el grado de la pendiente;C, el uso del suelo en cultivos; y P, lasprácticas de conservación de suelos.

Estos trabajos se han hecho enparcelas de escorrentía diseñadas paraestudiar y evaluar el comportamientode dichos factores o parámetros en lazona cafetera central colombiana, ensuelos de ladera (Typic melanudans)sometidos a diversos sistemas deproducción agrícola (café y otroscultivos). Rivera (1990) determinó,para la zona cafetera centralcolombiana (Caldas, Quindío yRisaralda), el factor erodabilidad en

forma indirecta empleando la ecuaciónde Wischmeier y Smith (1978). Laecuación permite determinar el factorerodabilidad de suelos cuyo contenidomáximo de materia orgánica (M.O.) seade 12%, lo que limita su aplicación engran cantidad de suelos de la zonacafetera colombiana que tienencantidades de M.O. superiores.

En el presente trabajo se reportantres datos:

- los valores de erodabilidad Ki,del Proyecto de Predicción de laErosión Hídrica (en inglés:Water Erosion PredictionProject, WEPP), y K, de laEUPS, de cinco suelos de la zonacafetera central de Colombia,empleando un simulador delluvias bajo condiciones delaboratorio;

- el movimiento del agua en lossuelos dichos; y

- los diferentes procesos queocurren en la erosión de esossuelos.

Se desarrolló una tecnología demanejo integrado de arvenses paraprevenir la erosión de los suelos yestimular la práctica de esa prevencióncon la reducción en los costos deproducción que genera. Asimismo, sedesarrolló una tecnología de bajo costopara el control de problemas de erosiónavanzada en forma de cárcavasremontantes.

Suelos, Lluvias y Medidas

SuelosSe ensayaron cinco ‘unidades de suelo’ubicadas en diferentes regiones de lazona cafetera colombiana (Cuadro 1) yse empleó un simulador de lluvias encondiciones de laboratorio (Rivera etal., 1996a; 1996b). Tres de los suelosderivan de cenizas volcánicas: lasunidades Chinchiná, Montenegro y

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Fresno, que son Typic melanudans.Las dos unidades restantes, Parnaso yGuamal, son Typic eutropepts yderivan de basalto y areniscasolivínicas, respectivamente(Federacafé, 1982; 1986). De cada unade las cinco unidades de suelos setomaron 30 kg previamente tamizados(10 kg para cada tamaño de agregados);los 150 kg totales fueron llevados enbotellas plásticas al Laboratorio deFísica de Suelos de la Universidad delEstado de Ohio, Columbus, EstadosUnidos.

Los suelos fueron seleccionados porsus diferencias de textura, su contenidode M.O. y su representatividad en elcultivo del café. Estos suelos estabansembrados con cultivos perennes, comocafé, pastos, plátano y cítricos. Lasmuestras de suelo se tomaron de losprimeros 10 cm de profundidad, fueronsecadas a la sombra y luego tamizadassegún los siguientes tamaños deagregados: de 1 a 2, 0.5 a 1 y < 0.5 mmde diámetro. Las muestras tamizadasse distribuyeron manualmente enbandejas metálicas de 20.32 cm deancho por 40.64 cm de longitud(0.08258 m2). Se diseñaron dosrepeticiones.

Antes de depositar la muestra desuelo en la bandeja, se colocaron en ella(en ese orden) los siguientes elementos,siguiendo la metodología propuesta porTruman y Bradford (1995):

- Anjeo

- Tela de gasa

- Arena lavada (3 cm) que actúacomo filtro

- Muestra de suelo (2 cm espesor)uniformemente distribuida.

Las muestras de suelo yadistribuidas en las bandejas fueronsometidas a saturación por capilaridadcon agua deionizada, durante unperíodo de 24 horas. Una vezsaturadas, fueron drenadas durante1 hora y dispuestas con una pendientedel 70%. Alrededor de la bandeja secolocó un protector metálico de 54 cmde altura, para evitar pérdidas de suelopor dispersión de los agregados aconsecuencia del impacto de las lluvias.

El simulador de lluvias fuecalibrado a una intensidad de100 mm/h, que equivale auna energía cinética de

Cuadro 1. Localización de los sitios de muestreo de suelos y descripción de sus condiciones climáticas.

Localidad Unidad Altitud Lluvia Días Temp. Humedadde suelos (m) (mm) lluviosos media relativa

(media) (°C) anual(%)

Caldas

Supía Guamal 1320 2254 183 21.7 75

Chinchiná Chinchiná 1400 2665 251 20.6 78

Marquetalia Fresno 1450 3627 216 20.8 82

Quindío

Quimbaya Montenegro 1450 2004 203 20.8 78

Valle

Sevilla Parnaso 1540 1617 188 20.3 —

50


0.002936 J/cm2.mm de lluvia,durante 1 hora. Esta intensidad delluvias es representativa de las quese observan en la zona cafeteracolombiana.

MedicionesSe determinó la distribución del flujode agua por escorrentía y porpercolación en cada una de lasmuestras de las diferentes unidades desuelos, a intervalos de 5 minutosdurante 1 hora. Asimismo, secalcularon las pérdidas de suelo porescorrentía, percolación, dispersión deagregados y suelo depositado en elcanal de escorrentía.

Indice de erodabilidad K de laUSLE. Se aplicó la metodologíapropuesta por Wischmeier y Smith(1978), que parte de la USLE y se basaen la erosividad de las lluvias (R) y enla pérdida de suelo por erosión (A)medida en t/ha:

A = R x K (1)

donde:

A = Pérdida de suelo (t/ha·año)

R = Indice de erosividad de laslluvias, una medida de laagresividad de las lluviasque causan la erosión(MJ·mm/ha·h)·año.

K = Indice de erodabilidad delsuelo, es decir, de lasusceptibilidad del suelo a laerosión (t·ha·h/MJ·mm·ha)

Por otra parte,

R = E·I30 / 100 (2)

donde:

E = Energía cinética de lalluvia (MJ/ha·mm)

= 210.3 + 89 log10 (I30)(mm/h)

I30 = Intensidad de la lluvia enun tiempo de 30 min

= 49.2 mm/30 min

En 1 hora: 49.2 x 2 = 98.4 mm/h≅ 100 mm/h

Por tanto,

E = 210.3 + log10 (98.4) =387.68 MJ/ha

Sustituyendo, entonces, en laEcuación 2, tenemos:

R = 387.68 MJ/ha.98.4 mm/h /100

= 381.48 MJ·mm/ha·h

Indice Ki del WEPP. La erosiónentre surcos, representada por el índiceKi del WEPP, se deduce de la siguienteecuación (Bajracharya et al., 1992; Laly Elliot, 1994):

Di = Ki·I2·Sf (3)

donde:

Di = Pérdidas de suelo entresurcos (kg/m2 .s)

Ki = Erodabilidad entre surcos(kg/s·m-4)

I = Intensidad de la lluvia (m/s)= 1 m/3600 s = 0.00028 m/s

Sf = Factor pendiente:1.05 - 0.85 ln [-4 sen (θ)]

θ = Angulo de la pendiente engrados = 35°

La pendiente de la bandeja, enporcentaje, era de 70% = 70/100(una tangente) = 0.7; por tanto,tang-1(0.7) = 35°. Esta pendiente es lamás representativa de los suelos de lazona cafetera de Colombia. Porconsiguiente, el factor pendiente será:

Sf = 1.05 – [0.85 ln (-4 sen 35°)]

= 0.96429 (4)

51


Con estos datos se puededeterminar Ki.

Otros factores. Se determinaronfactores físicos y químicos de los suelosque permiten, mediante correlaciones,observar la influencia que cada uno deellos tiene en el factor erodabilidad delos suelos (K en la USLE, y Ki en laWEPP). Son los siguientes:

- Contenido de M.O., enporcentaje.

- Granulometría.

- Humedad del suelo a capacidadde campo (CC).

- Punto de marchitez permanente(PMP) y agua disponible.

- pH y contenidos de K, Ca, Mg, P,Fe, Mn, Zn, Cu y Al.

- Capacidad de intercambiocatiónico (CIC).

Protección contra la erosiónCoberturas. Se desarrolló un

equipo sencillo y de bajo costo paraaplicar herbicidas, denominado selectorde coberturas ‘nobles’. Estascoberturas, que protegen el suelocontra la erosión, forman parte de unprograma de manejo integrado dearvenses y no afectan la producción delcultivo.

Problemas avanzados deerosión. Se aplicó una estrategia paracontrolar estos problemas, cuyoselementos metodológicos se enumeranenseguida:

- Desviación de aguas deescorrentía que penetran en lacárcava.

- Corrección de taludes parasuavizarlos.

- Protección del fondo o cauce dela cárcava.

- Búsqueda de los afloramientosde aguas subsuperficiales.

- Conducción de aguassubsuperficiales.

- Sellamiento de grietas.

- Cubrimiento del área convegetación multistrata.

- Evaluación de los materialesvegetativos empleados en elcontrol de la erosión, paraobservar su capacidad de rebrotey su crecimiento a través deltiempo.

- Seguimiento periódico de lasobras en las épocas lluviosas.

- Evaluación de costos de lasprácticas de prevención y controlde la erosión.

- Evaluación de la eficiencia decontrol (%) y de su persistencia(días).

Resultados y Discusión

En el Cuadro 2 se presenta ladistribución del flujo de agua en lascinco unidades de suelos escogidas parael ensayo (Federacafé, 1982; 1986). Enlos suelos derivados de cenizasvolcánicas (Typic melanudans),predomina el flujo de agua porpercolación.

• El flujo por percolación más alto seobservó en la unidad Chinchiná,con valores de 104, 106 y 103 cm/hpara los agregados de tamaños 1 a2, 0.5 a 1 y < 0.5 mm de diámetro,respectivamente (Cuadro 2), queequivalen a 88%, 90% y 87% paracada tamaño, respectivamente.

• El flujo por percolación más bajo seobservó en la unidad Guamal(Typic eutropepts), con valores de39.6, 39.7 y 17.6 cm/h para

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agregados de tamaño 1 a 2,0.5 a 1 y < 0.5 mm de diámetro,respectivamente (Cuadro 2), queequivalen a 33.5%, 33.6% y 14.9%para cada tamaño,respectivamente.

• La unidad Parnaso (Typiceutropepts), así como los suelosderivados de cenizas volcánicas,presentan una percolación alta,especialmente cuando el tamaño delos agregados es de 1 a 2 y de 0.5 a1 mm de diámetro; cuando eltamaño de los agregados es< 0.5 mm de diámetro, el flujo esbajo (55.29 cm/h).

Todos estos suelos manifiestan unatendencia a incrementar el flujo porescorrentía y a disminuir el flujo porpercolación cuando el tamaño de losagregados del suelo disminuye de 2 mma menos de 0.5 mm de diámetro. Launidad Guamal manifiesta uncomportamiento opuesto al de lasdemás unidades de suelos en cuanto alflujo de agua por escorrentía y porpercolación. En el Cuadro 3 sepresentan cuatro tipos de procesos

relacionados con las pérdidas de suelopor erosión, a saber: pérdidas de suelopor escorrentía, por percolación, pordispersión de agregados y pordeposición de suelo en el canal deescorrentía.

Pérdidas de suelo porescorrentíaLas pérdidas de suelo por escorrentíason muy bajas para todos los suelos ytamaños de agregados (excepto para losmenores que 0.5 mm) en las unidadesde suelos Chinchiná (Typicmelanudans) y Guamal (Typiceutropepts), especialmente; los valoresde pérdida de suelo son 0.114 (2.12%) y11.2 kg/m2 (52.68%), respectivamente(Cuadro 3).

Pérdidas de suelo porpercolaciónLas pérdidas de suelo por percolaciónson casi imperceptibles para las cincounidades de suelos estudiadas; el valorpromedio es de 0.00733 (0.41%) y0.015 kg/m2 (1.07%) para las unidades

Cuadro 2. Distribución del flujo de agua (cm/h) en cinco suelos de la zona cafetera.

Unidad de suelo Tamaño de partícula de suelo (mm)

1-2 0.5-1 < 0.5 1-2 0.5-1 < 0.5

Flujo de escorrentía Flujo de percolación

Chinchiná 6.69 6.76 9.53 104.13 106.42 103.02(Typic melanudans)

Montenegro 19.72 20.29 22.70 89.24 88.91 76.82(Typic melanudans)

Fresno 8.98 8.25 13.27 99.55 98.78 99.61(Typic melanudans)

Guamal 64.76 68.49 87.97 39.63 39.67 17.65(Typic eutropepts)

Parnaso 7.03 6.68 47.76 102.90 103.03 55.29(Typic eutropepts)

FUENTE: Rivera et al. (1996b).

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Procesos F

ísicos de E

rosión y su

Din

ámica:...

Cuadro 3. Pérdidas de suelo debidas a la erosión (kg/m2) en cinco suelos de la zona cafetera.

Unidad de suelos Tamaño de agregados en suelo (mm)

1-2 0.5-1 < 0.5 Media 1-2 0.5-1 < 0.5 Media 1-2 0.5-1 < 0.5 Media 1-2 0.5-1 < 0.5 Media Total Totalmedias

Pérdida suelo por escorrentía Pérdida suelo por percolación Pérdida suelo por dispersión Pérdida suelo en canal

Chinchiná 0.003 0.002 0.114 0.039 0.008 0.009 0.01 0.00733 0.22 0.996 2.79 1.3336 0.27 0.432 0.53 0.4097 5.37 1.79(Typic melanudans)

Montenegro 0.004 0.004 1.607 0.538 0.010 0.009 0.01 0.00933 0.16 0.364 3.66 1.3936 0.19 0.379 1.3 0.6247 7.70 2.57(Typic melanudans)

Fresno 0.001 0.001 0.218 0.073 0.007 0.008 0.01 0.00733 0.16 0.278 1.49 0.6430 0.35 0.525 0.55 0.4747 3.60 1.20(Typic melanudans)

Guamal 1.467 0.985 11.20 4.550 0.018 0.012 0.01 0.01173 1.39 1.748 1.82 1.6536 0.70 0.987 0.92 0.8707 21.26 7.09(Typic eutropepts)

Parnaso 0.001 0.001 0.610 0.204 0.006 0.019 0.02 0.0150 0.20 0.743 0.65 0.5293 0.75 0.445 0.76 0.6523 4.20 1.40(Typic eutropepts)

FUENTE: Rivera et al. (1996b).

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Chinchiná y Parnaso, respectivamente(Cuadro 3).

Pérdidas de suelo pordispersión de agregadosEn 1988, R. Lal informaba(Bajracharya et al., 1992) que lasusceptibilidad de un suelo a lasfuerzas erosivas derivadas del impactode las gotas de lluvia y del flujosuperficial se considera, generalmente,una propiedad inherente a los suelos yde valor constante. Los suelosprovenientes de cenizas volcánicaspresentan, como promedios de estapérdida de suelo y para las unidadesFresno y Chinchiná (Typicmelanudans), los valores 0.64 y1.33 kg/m2, respectivamente, queequivalen a 53.66% y a 74.49% depérdida en relación con los demásprocesos erosivos que afectan esosmismos suelos.

Resultados similares reportanYoung y Wiersma (1973), quienesobservaron que, al disminuir elimpacto de la energía de la lluvia en un89%, sin que bajara su intensidad, laspérdidas de suelo por erosióndecrecieron en 90% o más; este hechoindica que el impacto de la lluvia es lafuerza que más arranca partículas desuelo. Asimismo, Watson y Laflen(1986) señalan que la erosión entresurcos se debe, principalmente, alimpacto de las gotas de lluvia.

Pérdidas de suelo pordeposición en el canal deescorrentíaEn la parte baja de la bandeja delexperimento hay una sección acanaladaque se denomina canal de escorrentía;por él se mueve el suelo erosionadohasta el sitio de recolección de lasmuestras. El agua de escorrentíaarrastra suelo en suspensión, parte delcual se separa y queda depositado en elcanal de escorrentía; pues bien, este

material se considera en los cálculos deerodabilidad del suelo.

Estas pérdidas por deposición sedan principalmente en los suelos cuyosagregados tienen un tamaño < 0.5 mm(Cuadro 3). El valor más alto sepresenta en la unidad Guamal (Typiceutropepts), o sea, 0.87 kg/m2, enpromedio, que equivalen a 12.29%respecto a todos los procesos del mismosuelo; lo sigue la unidad Parnaso(Typic eutropepts), cuya pérdida desuelo, en promedio, es de 0.65 kg/m2,equivalente a 46.57% para los procesosdichos.

Pérdidas totales de suelo porerosiónEn el Cuadro 3 se presentan lospromedios de pérdida total de suelo porerosión. La unidad Guamal presentala susceptibilidad a la erosión más alta(pérdida de suelo de 7.09 kg/m2); lasiguen las unidades Montenegro (Typicmelanudans) con 2.57 kg/m2 yChinchiná (Typic melanudans) con1.79 kg/m2.

Factor de erodabilidad delsuelo K de la USLEEn el Cuadro 4 se presentan los índicesde los dos factores de erodabilidad, el Kde la USLE y el Ki de la WEPP, decinco suelos de la zona cafetera. Losvalores de K más altos se registraronen la unidad Guamal (Typiceutropepts) y fueron 0.093, 0.097 y0.370 t·ha.h/MJ.mm.ha para agregadoscuyo tamaño era de 1 a 2, de 0.5 a 1 y< 0.5 mm, respectivamente. Sigue aésta la unidad Montenegro (Typicmelanudans) con valores de 0.009,0.020 y 0.172 t·ha·h/MJ·mm·ha paraagregados de los tamaños respectivosantes indicados.

Los valores de K más bajos sepresentaron en la unidad Fresno (Typicmelanudans) y fueron 0.013, 0.020 y

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0.06 t·ha·h/MJ·mm·ha para agregadosde tamaño 1 a 2, 0.5 a 1 y < 0.5 mm,respectivamente. Siguen a ésta launidad Parnaso (Typic eutropepts) convalores de 0.014, 0.026 y 0.08 t.ha.h/MJ.mm.ha para los respectivostamaños de agregados ya indicados.

• Las regresiones lineales simplesentre la M.O. (en porcentaje) y losfactores de erodabilidad Ki (kg·s/m4)y K (t·ha·h/MJ·mm·ha) demuestranque, cuando se incrementa elcontenido de M.O., los factores deerodabilidad decrecen. Loscoeficientes de determinación sonR2 = 0.3417 y R2 = 0.3429,respectivamente, que son muybajos comparados con el encontradopor Rivera (1990) para los mismossuelos, o sea, R2 = 0.86 (factor K dela USLE, solamente) empleando elnomograma de Wischmeier y Smith(1978).

• El ajuste que se hizo medianteregresión exponencial arrojó loscoeficientes de determinaciónR2 = 0.91 y R2 = 0.87 paraKi (kg·s/m4) y K (t·ha·h/MJ·mm·ha),respectivamente.

Manejo Integrado deArvenses para Prevenir

la Erosión

En 1982, a consecuencia de la altadegradación de los suelos por erosión,de la contaminación y del detrimentocausado a la biodiversidad por el usoinadecuado de los herbicidas en elcultivo del café y en otros cultivos de lazona cafetera, se inició un proyecto deinvestigación sobre el manejo integradode arvenses. Se entiende por arvensela vegetación que invade y convive conlos cultivos, pastos y prados artificiales(Gómez et al., 1987).

Se investigó en las parcelas deescorrentía el uso oportuno yconveniente de los métodos manuales,del machete y de la guadañadora, y laaplicación racional de los herbicidas,con el fin de seleccionar la coberturas‘nobles’ o los arvenses ‘nobles’. Noblesson aquellas especies de plantas que nocompiten económicamente con loscultivos, protegen el suelo de la erosióny regulan las aguas de escorrentía.Estos resultados fueron reportados porH. Rivera y A. Gómez en 1992, segúnuna cita de Rivera (1993).

Cuadro 4. Factores de erodabilidad, Ki y K, de tres tamaños de agregados (mm) en cinco suelos de la zonacafetera colombiana.

Unidad de suelos Tamaño de agregados (mm)

1-2 0.5-1 < 0.5 1-2 0.5-1 < 0.5 1-2 0.5-1 < 0.5

Materia orgánica Ki K(%) (kg.s/m4) (t.ha.h/MJ.mm.ha)

Chinchiná 15.9 13.7 12.5 1.91 5.53 13.25 0.013 0.037 0.090(Typic melanudans)

Montenegro 14.0 12.9 9.8 1.39 3.00 25.39 0.009 0.020 0.172(Typic melanudans)

Fresno 20.6 15.5 17.2 1.98 3.11 8.75 0.013 0.020 0.060(Typic melanudans)

Guamal 3.8 4.8 3.1 13.76 14.39 53.94 0.093 0.097 0.370(Typic eutropepts)

Parnaso 8.4 7.8 6.6 2.05 3.86 11.50 0.014 0.026 0.080(Typic eutropepts)

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En investigaciones anterioreshechas por Cenicafé, se halló que unacobertura densa del suelo es la prácticamás eficiente para conservar suelos yaguas (Gómez y Rivera, 1983; Suárezde C. y Rodríguez, 1962; Uribe, 1971).Se investigaron entonces los sistemas yequipos apropiados de aplicación deherbicidas, las dosis y frecuencias deéstos, las presiones y boquillas.También se estudiaron los herbicidasde menor impacto en el medio y demayor seguridad para el operario y losdemás seres vivos (Gómez et al., 1987).

La tecnología generada por elmanejo integrado de arvenses, que esselectiva de las coberturas ‘nobles’,presenta dificultades con los equipos deaspersión de herbicidas, ya que serequiere de pantalla protectora paraevitar la deriva del producto; esnecesario, además, calibrar equipos yboquillas, adiestrar operarios ytransportar volúmenes grandes deagua (150 a 200 lt/ha) (Gómez et al.,1987). Rivera (1995) desarrolló elequipo selector de coberturas nobles,SCN (Figura 1), antes mencionado, quereúne las ventajas y evita lasdesventajas de los equipos de aspersióntradicionales y garantiza, por tanto, eléxito de un programa de manejointegrado de arvenses (Figura 2).

Las principales ventajas del SCNson:

- Hace aplicaciones bajas ydirigidas de los herbicidas.

- Requiere un mínimo transportede agua.

- No favorece la deriva delproducto.

- Da seguridad al cultivo, aloperario, a la fauna y a la flora.

- Requiere un equipo de pocopeso, lo que permite al operarioser más eficiente y hacer laselección de las coberturas

Figura 1. Una vista del equipo selector decoberturas ‘nobles’.

nobles en forma práctica ysencilla del modo siguiente:

dirige la aplicación a lasarvenses agresivas (más de10 cm de altas) sin tocar lascoberturas nobles(‘parcheo’);

no se hace aplicación a lasarvenses trepadoras porqueéstas deben eliminarse enlas calles antes de quelleguen al cultivo.

- Es de fácil construcción: elmismo agricultor puede hacer elequipo.

El procedimiento empleado en elSCN es el siguiente: primero, poda conmachete de las arvenses más agresivaspara estimular su rebrote y sucrecimiento rápido; segundo, controlselectivo de esas arvenses tocándolasen su punto terminal (dos o tres hojas)con un herbicida sistémico1 (se traslocaa la raíz y elimina la planta); tercero,

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las arvenses nobles (de porte bajo,generalmente) escapan al herbicida ysu población domina el área. El controlde las arvenses agresivas no puede sersólo manual (con machete) porque sereproducen por semilla, por estolón ypor esqueje y, en consecuencia, el corteno impide su desarrollo poblacional.

El Servicio de Extensión de laFederación Nacional de Cafeteros haestimulado a los agricultores a aplicareste manejo integrado de arvensesorganizando días de campo yempleando avances técnicos, videos,televisión y giras de agricultores detodo el país. Con esta tecnología sehan reducido los costos de lasdesyerbas entre 85% y 90%, y se hanprotegido los suelos contra la erosión(de 95% a 97%).

Control Biológico deCárcavas de Tipo

Remontante

Las cárcavas son zanjas más o menosprofundas debidas a una socavaciónrepetida del terreno, la cual es causadapor el flujo incontrolado de agua queescurre ladera abajo (agua deescorrentía). Cuando una cárcavaevoluciona creciendo hacia arriba yhacia los lados de la ladera, toma elnombre de cárcava remontante(Federacafé, 1975).

Se lograron buenos resultados en elcontrol de estas cárcavas en las fincascafeteras Providencia y La Aurora,ubicadas en el municipio de Palestina,Caldas, cuyas condiciones son lassiguientes: altitud de 1500 m,precipitación promedio anual de2378 mm, temperatura promedio anualde 22.5 °C y humedad relativa de 76%;suelos de la unidad Chinchiná (Typic

1. Se ha ensayado con éxito glifosato en suformulación comercial de 480 i.a./lt. El SNC loaplica al 10% (10 ml p.c./lt de agua).

Figura 2. Lote en que han prosperado las coberturas ‘nobles’.

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melanudans) con sustratos de esquistosanfibolíticos y grafíticos. En estas dosfincas se formó una cárcavaremontante de 1.5 ha,aproximadamente (Figura 3).

• Se iniciaron los trabajos de controla partir de julio de 1991 con laevacuación de las aguassubsuperficiales y de escorrentía;esta labor preliminar contrarrestólos problemas causados por lasavalanchas.

• Durante el primer año, el área serecuperó en un 70%; estarecuperación se constató mediantecomparación de fotografíastomadas en diferentes épocas ydesde un mismo sitio(Figuras 3 y 4).

• El costo del experimento se redujoa la mano de obra, ya que los

materiales necesarios para lostratamientos biológicos de controlse encontraban en las dos fincas.Se invirtieron 290 jornales queequivalen, al cambio actual, aUS$3000; esta cantidad representasólo el 50% del costo del estudio deinventario y diagnóstico delproblema que hubiera hecho unafirma de ingenieros. A la fecha, elárea se encuentra totalmenterecuperada y cubierta devegetación multistrata en un 99%.

Conclusiones

• En los suelos derivados de cenizasvolcánicas (Typic melanudans) y enla unidad Parnaso (Typiceutropepts) de este estudiopredomina el flujo de agua porpercolación.

Figura 3. Cárcava remontante en las fincas Providencia y La Aurora, municipio de Palestina, en Caldas,Colombia, en enero de 1991 (vista superior).

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• Entre los diferentes procesos depérdida de suelo antes descritos, elque más favorece la erosión es ladispersión de partículas por efectodel impacto de la lluvia en lossuelos totalmente desnudos,especialmente en los derivados decenizas volcánicas (Typicmelanudans).

• Cuando se incrementa el contenidode M.O., los factores deerodabilidad decrecen; estarelación tiene coeficientes dedeterminación altamentesignificativos: R2 = 0.3417 yR2 = 0.3429 para Ki (kg·s/m4) y paraK (t·ha·h/MJ·mm·ha),respectivamente.

• El programa Manejo Integrado deArvenses, junto con su equiposelector de arvenses, se presenta

como un incentivo económico parael agricultor porque, permitiendo ladominancia de arvenses ‘nobles’,ofrece la máxima protección delsuelo contra la erosión con unaeficiencia del 95% al 97%.

• Los resultados satisfactorios quearroja el control de cárcavas de tiporemontante empleandotratamientos biológicosdemuestran que estas cárcavas, ensu mayoría, son fácilmentecontrolables, siempre y cuando seidentifiquen oportunamente lascausas del problema.

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Figura 4. Recuperación definitiva de la cárcava remontante de la Figura 3, en octubre de 1994 (vistasuperior).

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CAPÍTULO 4

Efecto de las Barreras Vivas y delas Coberturas en la Conservación delos Suelos en Diferentes Sistemas deProducción Agrícola

Oscar S. Rodríguez P.*

Resumen

Las coberturas de plantas vivas, seanéstas especies cultivadas o silvestres, ysus residuos protegen la superficie delsuelo de los procesos erosivos que lodegradan. El grado de protección varíasegún el nivel de cobertura y lascondiciones del sitio. En algunos casos,la cobertura se complementa con otrasprácticas de conservación como lasbarreras vivas, las zanjas, las terrazas ylos muros.

Este capítulo resume la informaciónobtenida en parcelas de erosión, bajocondiciones de lluvia natural y de lluviasimulada, acerca del efecto de lasbarreras vivas y de las coberturas en laprotección de los suelos contra la erosiónhídrica, en diferentes sistemas deproducción; el marco de referencia y lasistematización de los datos provienen delos factores de la Ecuación Universal dePérdida de Suelo (EUPS).

En los sistemas naturales en que haypoca o ninguna intervención del hombre,se presentan los valores más bajos deCP (interacción de la Cobertura de loscultivos y las Prácticas de conservación).1

En bosques y pastizales densos, elvalor de CP es menor que 0.001 y laspérdidas de suelos son muy bajas.En los sistemas de labranza cero odonde se producen grandescantidades de residuos, como en loscultivos de frutales permanentes, elproducto CP oscila entre 0.001 y0.1. En los sistemas de producciónaltamente intervenidos, en los quehay cultivos de ciclo corto y escardaso labores frecuentes, el valor de CPes mayor que 0.1, lo que indica quelas pérdidas de suelo son más altas.

Los residuos en la superficie delsuelo son muy eficientes contra laerosión cuando sobrepasan los3 Mg/ha (Mg = megagramo =1 tonelada métrica), cantidad quealcanza para cubrir entre un 30% y un50% de la superficie. Respecto a laerosión, las expresiones matemáticasdesarrolladas para la pérdida desuelo en función de la aplicación decoberturas (‘mulch’) muestran uncomportamiento exponencialnegativo, similar al que se reporta enla literatura.

Las barreras vivas, consideradassolas o junto con cultivos y otrasprácticas, y espaciadas a diferentesdistancias, tienen valores de CPmenores que 0.001 al asociarse conaltos niveles de residuos o cultivospermanentes, y llegan a valores de0.53 cuando están solas y en su

* I.A., M.Sc., Profesor, Universidad Central deVenezuela, Maracay, Venezuela

1. En la Ecuación Universal de Pérdida de Suelode Wischmeier y Smith (1978), es el productodel factor C (‘Cropping factor’) y del factor P(que representa las Prácticas especiales deconservación).

63

Efecto de las Barreras Vivas y de las Coberturas en la Conservación…

primer año de establecimiento, tiempoen que aún no brindan una buenaprotección.

En la medida en que los sistemas decultivo se asemejen a los sistemasnaturales y puedan manejarse paraobtener un nivel de cobertura alto—tanto con su dosel o copa como conlos residuos acumulados en lasuperficie— darán al suelo un grado deprotección contra la erosión cada vezmayor. Tal es el caso de los cultivospermanentes y de los sistemas demínima labranza.

Cuando se requiera emplear unsistema de cultivo que implique mayorintervención del terreno y menorcobertura, debe complementarse estesistema con otras prácticas deconservación; las barreras vivas son, eneste caso, una alternativa muyprometedora. Se presenta aquí uncuadro guía para espaciar barreras vivasen campos de cultivo; en él se asigna unintervalo vertical según las condicionesde erosividad y de erodabilidad y segúnel sistema de cultivo de que se trate.

Introducción

Las coberturas del suelo (‘mulch’)controlan el proceso de erosión hídricaporque tienen un doble papel: primero,reducen el impacto de las gotas delluvia disipando su energía; segundo,ayudan a mantener una buenainfiltración del agua y disminuyen lacantidad, la velocidad y la capacidad detransporte del flujo de agua sobre elsuelo.

En un sentido amplio, lascoberturas comprenden las plantasvivas, ya sea cultivadas o no, y losresiduos que éstas arrojan; otrosmateriales pueden cumplir tambiénuna función similar. Por tanto, lacobertura como medio de proteccióncontra la erosión hídrica se ajusta alprincipio de que cada suelo debe serutilizado según su capacidad. Si la sola

cobertura es insuficiente para protegerel suelo de un proceso erosivo, debenadoptarse prácticas de manejo yconservación del suelo que seancomplementarias, como las barrerasvivas, las zanjas, las terrazas, losmuros y otras (Rodríguez y Páez, 1986).

Páez y Rodríguez (1984) y Páez(1995), basándose en los factores de laEcuación Universal de Pérdida deSuelo (EUPS), desarrollada porWischmeier y Smith en 1978,establecieron un criterio para clasificary evaluar tierras según suvulnerabilidad a la erosión hídrica. Elcriterio consiste en asignar valoresmáximos del factor CP de la EUPS alas unidades de tierra evaluadas como“CPmax”:

- valores altos de CPmax indicanbaja vulnerabilidad a la erosióny pocos requerimientos demanejo y conservación del suelo;

- valores bajos de CPmax indicanuna severa vulnerabilidad a laerosión hídrica y muchosrequerimientos para el manejo yconservación del suelo.

Puede evaluarse además el gradode protección ofrecido por los cultivos ypor otros tipos de vegetación (C) asícomo el que dan las prácticas demanejo y conservación (P), y establecervalores de esos factores, o sea,C (cultivo y manejo) y P (prácticas), ytambién de CP (interacción del cultivocon su manejo y sus prácticas):

- valores de C, P o CP altos, esdecir, cercanos a 1 (o aúnmayores) indican una deficienteprotección contra la erosión;

- valores muy bajos de esosfactores indican un alto grado deprotección.

Partiendo de la vulnerabilidad a laerosión hídrica de una unidad de tierray del grado de protección que dan a

64


ésta las prácticas de manejo yconservación de un sistema deproducción dado, puede establecerseuna guía o principio general paraseleccionar usos y prácticas. Esta guíamantendría las pérdidas de suelodebidas a la erosión por debajo de loslímites de tolerancia establecidos, enlos que se cumple la siguiente relación:

CP(uso y prácticas de manejo determinados) ≤ CPmax (valor tolerable en unidad de tierra dada)

Para aplicar este principio debecontarse con la información necesaria,es decir, los niveles de vulnerabilidad ala erosión hídrica de las unidades detierra que se estudian, el grado deprotección ofrecido por las coberturas, yla eficiencia de las distintas prácticasde manejo y conservación del suelo.

En este artículo se resume lainformación obtenida por diferentesautores en parcelas de erosión, tantobajo condiciones de lluvia natural comode lluvia simulada, sobre el efecto quehacen en el suelo las barreras vivas ylas coberturas, es decir, la protecciónque éstas dan contra la erosión hídrica;se estudiaron diferentes sistemas deproducción, usando el factor CP de laEUPS como indicador (Wischmeier ySmith, 1978).

Se elaboró también una tabla(Cuadro 3), teniendo como marco dereferencia los factores de la EUPS.Este cuadro servirá de guía paraasignar el intervalo vertical de espacioque separaría una barrera viva de otraen el campo.


El estudio de las parcelas de erosiónantes descrito hace énfasis en lapráctica de las barreras vivas. Sereportan además datos sobre lacobertura ofrecida al suelo por lavegetación natural y por los residuosacumulados en la superficie.

Las parcelas de erosión difieren ensus dimensiones y en el sistemacolector/separador de agua y suelo parael muestreo. Están ubicadas endistintas localidades cuyascaracterísticas climáticas, edáficas y derelieve se resumen en el Cuadro 1.

Se utilizó un simulador de lluviacon boquilla (Rodríguez y Rodríguez,1989) para evaluar el efecto que teníanlos niveles de residuos en la superficiey en las barreras vivas cuando seaplicaba un generador de escorrentía,aguas arriba de las parcelas de erosión;estas parcelas diferían respecto a lalongitud equivalente, es decir, la de laparcela estándar del modelo USLE(EUPS) (Rodríguez, 1997).


En el Cuadro 2 se presentan los valoresde CP que ofrecen diferentes sistemasde producción, diversas coberturas ydistintas prácticas de manejo yconservación de suelos, en diferentescondiciones agroecológicas.

• Los cultivos anuales mecanizadosde cereales como el maíz, el sorgo yel trigo presentan valores de CPentre 0.22 y 0.65. Cuando se aplicaal maíz la labranza en contorno(siembra a través de la pendiente),el valor de CP se reduceaproximadamente a la mitad y enla misma proporción se reducen laspérdidas de suelo. En una unidadde tierra de baja vulnerabilidad ala erosión, esta práctica seríaefectiva para mantener los nivelesde erosión en límites tolerables; sila unidad es vulnerable a laerosión, esta práctica, por sí sola,no sería suficiente.

• Las franjas en contorno y lasfranjas amortiguadoras (barrerasvivas y franjas con vegetación)logran reducir hasta en 30 veceslos valores de CP; su eficienciaaumenta cuando la cobertura de la

65

Efecto d

e las Barreras V

ivas y de las C

oberturas en

la Con

servación…

Cuadro 1. Características de los sitios en que se localizan las parcelas de erosión del ensayo.

Localidad Biozona Precipitación EI30 anuala Suelo Erodabilidad, Paisaje o Rango demedia (MJ·mm/ha·h) K ecosistema pendiente(mm) (%)

Maracay Bosque seco premontanob 922 6230 Cumulic Haplustoll 0.014-0.044 Piedemonte 6-17

Chaguaramas Bosque seco tropicalb 821 5610 Typic haplustalf 0.036-0.060 Colinas 4-6

Yaritagua Bosque seco tropicalb 842 4510 Oxic paleustalf 0.023 Valle 4

Petaquire Transición, bosque seco a 860 2613 Aquic paleudult 0.013-0.028 Ladera de montaña 15-36bosque húmedo montano bajo

Orthoxic Tropudult 0.001-0.011 42-70

a. Fórmula para calcular el factor de erosividad de la EUPS como el producto de la energía total de las lluvias (E) por su intensidad máxima en 30 minutos (I30 ). Se mide enla unidad indicada.

b. Se presentan lluvias extremas con mayor frecuencia.

66


franja protectora o amortiguadoraes un pasto.

• La labranza cero logra un nivel deeficiencia similar, siempre ycuando la cantidad de residuos enla superficie sea la adecuada; enausencia de residuos, su eficienciaes casi igual a la de la labranza encontorno.

• Las hortalizas, evaluadas en lalocalidad de Petaquire, presentandurante su corto ciclo valores deCP que están en el rango de 0.1 a0.9; el grado de protección queofrecen es, en general, muy bajo ymenor que el de los cereales.

• Los residuos (‘mulch’) pueden sermuy eficientes si se aplicanlocalmente y al inicio del ciclo decultivo; así ocurrió en los añosagrícolas 1984-85, 1989 y 1990. Sila aplicación del residuo es tardía,no da el grado de protección querequiere la superficie del suelo alinicio del ciclo de cultivo y éstaqueda expuesta a las lluviasintensas; así ocurrió en 1988.

• Los surcos en contorno y lasplatabandas dan una eficiencia enla protección del suelo similar a laque da la labranza en contorno enel cultivo de cereales. Por sí solosno son suficientes para reducir laspérdidas de suelo a límitestolerables, en las condiciones devulnerabilidad a la erosión quepresentan las laderas y vertientesde pendientes pronunciadas; enestos ambientes hay sistemas deproducción de cereales.

• Los cultivos de subsistencia,representados por el sistema decultivos asociados, dan mayorgrado de protección que los cerealesy las hortalizas; sus valores de CPestán en el rango de 0.01 a 0.08, loscuales dependen mucho de laintervención que represente la

preparación del suelo y el controlde malezas. El cultivo manual ylas plantas de diferente hábito decrecimiento dan a estos sistemasuna capacidad de protección mayor.En algunos casos se requierenprácticas suplementarias paraevitar la degradación de esossistemas que son, generalmente,susceptibles a los procesos erosivos.

• Los cultivos permanentes,representados por frutales como elduraznero, tienen valores de CPmuy bajos: desde < 0.001 hasta0.15, según el tipo de control demalezas aplicado (químico omecánico) y según su intensidad.Similares resultados reportanUseche et al. (1986) para el cultivode café a plena exposición solar,donde el CP varía desde 0.088 concobertura de vegetación naturallimpiada a machete, sin remover elsuelo, hasta 0.396 cuando se limpiacon pala, es decir, removiendo sólola capa superficial de suelo amedida que se corta la vegetación.En terrenos con pastos seobtuvieron valores de CP que vandesde muy bajos (de < 0.0001 a0.047) en el pasto Taiwan paracorte ya establecido y con unacobertura densa, hastarelativamente altos (0.12 a 0.22) enotros pastos durante el año deestablecimiento.

• Las coberturas permanentes y nointervenidas de bosques naturalesy protectores presentaron valoresde CP desde muy bajos (< 0.0001)hasta menos bajos (0.017). Elbosque de pinos dio valoresligeramente superiores a los quetienen los bosques naturales; estopuede deberse a la muy baja o nuladiversidad del sotobosque. Losbosques y pastos densos presentanel grado de protección más altocontra la degradación del suelo porefecto de la erosión hídrica.

Cuadro 2. Valores del factor CP para diferentes sistemas de producción y para diversas coberturas del suelo, obtenidos en parcelas de erosión que recibieron lluvias naturales, endistintas condiciones agroecológicas.

Localidad Biozona y Año Longitud de Pendiente Sistema de producción Manejo y prácticas de Factor Fuentetipo de suelo la parcela del terreno Uso de la tierra o conservación del suelo CP

(m) (%) coberturaa (EUPS)b

CAM Labranza convencional, 0.09Maíz/canavalia cultivo en franjas de contorno

1981CS Cultivos asociados 0.08Maíz, yuca, ñame

CAM Labranza convencional, cultivo 0.04Maíz/millo en franjas de contorno

198215 CS Cultivos asociados 0.001

22 Maíz, yuca, ahuyama

CAM Labranza convencional en 0.30Maíz en monocutivo sentido de la pendiente

CAM Labranza convencional, franjas 0.03Maíz/barbecho en contorno

1983 CS Cultivos asociados 0.03Maíz, yuca, ahuyama

17 Bosque seco semideciduo Suelo sin intervención 0.0001

40 6 CAM Labranza convencional, franjas 0.02Maíz/pasto en contorno y rotación

CAMLabranza convencional en 0.22

Maíz en monocultivosentido de la pendiente

15

Labranza convencional en 0.14contorno

20 CPP Labranza convencional, año 0.211985 Pasto inicial de establecimiento

CS Cultivos asociados 0.03Maíz, yuca, ahuyama

17 Bosque seco Suelo sin intervención 0.0001semideciduo

30 15 CAM Franja amortiguadora 0.01Maíz/pasto (5 m ancho)

1981 CAM Labranza convencional, 0.02Sorgo/canavalia franjas en contorno

1982 CAM Labranza convencional, 0.04Sorgo/barbecho franjas en contorno

22 6CAM

Siembra a voleo, labranza 0.23

Sorgo en monocultivoconvencional

1983 Siembra en hileras, labranza 0.02cero

CAM Labranza convencional, 0.02Sorgo/pasto franjas en contorno

20 Siembra en hileras, labranza 0.65convencional en sentido de lapendiente

CAM Siembra en hileras, labranza 0.5212 Sorgo en monocultivo convencional en sentido de la

1985 4 pendiente

Siembra en hileras, labranza 0.06cero

20CPP Año de establecimiento 0.12Pasto

Siembra en hileras, labranza 0.54convencional en sentido de lapendiente

1985 20 4CAM

Siembra en hileras, labranza 0.32Maíz en monocultivoconvencional en contorno

Siembra en hileras, labranza 0.03cero

10 20 Platabandas 0.36

1984- 20 15 CHPA Platabandas 0.20 Fernández, 19891985

20 15Zanahoria/remolacha

Platabandas + 'mulch' 0.008(4.5 Mg/ha)

10 20 Surcos en contorno 0.21

198620 15

Surcos en contorno 0.13 Fernández, 1995a

Terreno liso 0.26

Terreno liso 0.90

Surcos en contorno 0.7010 15

Platabanda 0.30

1988 Terreno liso + 'mulch' (5 Mg/ha) 0.50

Platabanda + 'mulch' (5 Mg/ha) 0.5010 20

Surcos en contorno + 'mulch' 0.30 (5 Mg/ha)

Transición: 15 15 CHPA Terreno liso 0.06Bosque seco a

1989A 20Remolacha

Terreno liso + 'mulch' (5 Mg/ha) 0.02 Syoufi, 1990bosque húmedo10montano bajo

36 CPP Pasto Taiwan denso para corte 0.0004Suelo: PastoAquic paleudult

En hileras, labranza 0.52convencional

15 En hileras, labranzaconvencional + emulsión asfaltoc 0.13

Urbina y Rodríguez,CAM

1995 1989B 10Trigo

En hileras, labranza cero sin 0.25

20residuos

En hileras, labranza cero + 0.006'mulch' (5 Mg/ha)

36 CPP Pasto Taiwan denso para corte 0.047Pasto

Terreno liso 0.0715

CHPASurcos en contorno 0.02

Castillo, 19911990 10 Papa Terreno liso + 'mulch' (5 Mg/ha) 0.02520 Surcos en contorno + 'mulch' 0.0004

(5 Mg/ha)

15CHPA

Terreno liso 0.45

Zanahoria, remolacha,

ajoporro1991 10 20 Platabanda 0.10Fernández, 1995b

36 CPP Pasto Taiwan denso para corte < 0.0001Pasto

1989 0.15CPF Durazno en terrazas

1990 11 42 Durazno individuales 0.15

1991 < 0.001

1989 Bosque natural 0.0001

Bosque de pinos 0.0001

199010 70

Bosque natural 0.017


1991 Bosque natural < 0.0001


a. CAM = Cultivos anuales mecanizados; CS = Cultivos de subsistencia; CPP = Cultivos permanentes de pastos; CHPA = Cultivo de hortalizas de piso alto;CPF = Cultivos permanentes de frutales.

b. CP = Coberturas (grado de protección del suelo); Prácticas (eficiencia de sistema de producción + manejo); EUPS = ecuación universal de pérdida de suelo (USLE, en inglés).c. Producto sintético para acondicionar la superficie de algunos suelos; reduce el riesgo de disipación de los agregados en la superficie del suelo. El procedimiento de sellado es costoso.

MARACAY

CHAGUARAMAS

YARITAGUA

PETAQUIRE

Esta

ción

Exp

erim

enta

l Baj

o Sec

oU

CV

Bosque secotropical

Suelo:Typichaplustalf

Bosque secotropical

Suelo:Oxic paleustalf

CHPARepollo/coliflor

CHPAZanahoria y lechuga

Bosque secopremontano

Suelo:Cumulic haplustoll

Páez y Rodríguez,1992; 1995

Páez y Rodríguez,1989



Rodríguez etal.,1989

Rodríguez yFernández, 1982

Páez y Rodríguez,1989

Rodríguez et al.,1982

Transición:Bosque seco abosque húmedomontano bajo

Suelo:Orthoxictropoudult

No intervención

Fernández, 1995b

Syoufi, 1990

Urbina y Rodríguez,1995

69


• Los sistemas de cultivo semejantesa los naturales, cuyo manejopermita tener un alto nivel decobertura tanto con el dosel o copacomo con los residuos de lasuperficie, ofrecen mayor grado deprotección al suelo contra laerosión. Así ocurre con los cultivospermanentes y los sistemas demínima labranza. En la Figura 1se observa la eficiencia de losresiduos de la superficie paradisminuir las pérdidas de suelo, amedida que aumenta el nivel deresiduos aplicados:

- con 3 Mg/ha de residuos,2 laspérdidas de suelo se reducen enmás del 90%;

- con 1 a 2 Mg/ha de residuos (unnivel relativamente bajo queofrece de 30% a 50% decobertura), las pérdidas desuelo se reducirían en un pocomás del 50%.

Si es necesario emplear un sistemade cultivo que implique mayorintervención y menor cobertura delsuelo, el sistema debe complementarsecon otras prácticas de conservación,como las barreras vivas. Estaalternativa es prometedora por su granefectividad, su bajo costo y su carácterpermanente; además, protegen lospredios en períodos críticos de bajacobertura, por ejemplo, en la época depreparación del suelo y —en cultivoscomo la papa— durante la cosecha.

Algunos valores de CPcorrespondientes a sistemas de cultivosasociados con barreras vivas se

Pér

dida

s de

su

elo

(Mg/

ha)

7

6

5

4

3

2

1

00 1 2 3 4 5 6 7

Residuos de acículas de pino (Mg/ha)

Sin barrera Con barrera

Figura 1. Pérdidas de suelo en función del nivel de cobertura de acículas de pino, con barrera de vetiver y sinbarrera (pendiente: 15%; lluvia simulada).

FUENTE: Rodríguez (1997).

2. Mg = megagramo, que equivale a 1 t(1 tonelada métrica).

70


reportan en el Cuadro 3. Las barrerasvivas, evaluadas solas o junto concultivos y otras prácticas agronómicas,y espaciadas a diferentes distancias,dan valores de CP que varían desde< 0.001 —cuando se asocian con unnivel alto de residuos o con cultivospermanentes— hasta 0.53, cuandoestán solas y en su primer año deestablecimiento. La Figura 1 indicaque, cuando los residuos no existen oson muy pocos, la barrera viva síprotege el terreno, sobre todo en losperíodos críticos en que el sistema decultivo no ofrece una protecciónadecuada. La Figura 2 muestra doscosas:

- el efecto que tiene la diferentelongitud del lote protegido en laeficiencia de las barreras vivasde vetiver; y

- la interacción de esas longitudescon un nivel alto (5 Mg/ha) deresiduos acumulados en lasuperficie.

Partiendo de las experienciasobtenidas con barreras vivas en lasparcelas de erosión, el Cuadro 4presenta una guía para asignar elIntervalo Vertical (I.V.); con éste sedetermina el espacio que debe haberentre una barrera y otra a lo largo de lapendiente, según las condiciones deerosividad y erodabilidad imperantes ydel sistema de cultivo aplicado. Estaguía debe ser ajustada según lasexperiencias y factores ambientalespropios de otras localidades.

Conclusiones

• El valor CP, basado en los factoresde la EUPS, sirve para definir elgrado de protección ofrecido por unsistema de producción agrícola opor una cobertura determinada.Por tanto, es una guía paraseleccionar alternativas sosteniblesde uso del suelo según lavulnerabilidad de las unidades detierra a la erosión hídrica. Las

30

25

20

15

10

5

0

Pér

dida

de

suel

o (M

g/h

a)

Longitud equivalente (m)

5 10 15 20 25 30 35 40

Sin prácticas Barrera de vetiver Cobertura (5 Mg/ha) Barrera de vetiver + cobertura

Figura 2. Efecto combinado de la longitud equivalente de la parcela, de los residuos de cobertura (5 Mg/ha) yde la barrera de vetiver en las pérdidas de suelo de la parcela, en las siguientes condiciones: suelosaturado de humedad, 15% de pendiente, y lluvia y escorrentía simuladas.


Cuadro 3. Evaluación de la eficiencia de las barreras vivas bajo condiciones de lluvia natural y en diversos ambientes agroecológicos.a

Material Localidad Año Biozona Pendiente Longitud de Espaciamiento Manejo dado entre Factor CP Fuentevegetativo del terreno la parcela entre BV BV

(%) ( m) (m)

1980

15 22 11.5

0.53

0.371981

MARACAY 1982 0.25

0.0920 20

1985 15 Páez y Rodríguez,

10 10 0.071992

Bosque seco 20 20Sorgo, labranza

0.22CHAGUARA- tropical

convencionalMAS 1985Suelo:

430 30 (1 BV) 0.27

Páez y Rodríguez, 1992

Typic paleustalf

Bosque seco 15 15 0.12

Páez y Rodríguez,1992tropical

YARITAGUA 1985 Suelo: 4 20 20 0.12Oxic paleustalf

30 30 0.25

Secuencia1984-

15 20 10remolacha/zanahoria, 0.008 Fernández, 19891985 platabandas(2 BV)

Secuencia repollo/0.001

Fernández, 1995a1986 15 20 10 coliflor, en surcos

(2 BV)

Secuencia zanahoria/15 10 10 lechuga, sistemas 0.13

1988 varios de preparaciónde tierras (1 BV)

1989A 15 10 10 Remolacha, terreno liso 0.01 Syoufi, 1990(1 BV )

Trigo en hileras,Urbina y Rodríguez, 19951989B 15 10 10 labranza cero 0.11

(1 BV)

1989< 0.001

1990 42 11 10 0.004

1991 < 0.001

1992 < 0.001

1990 15 10 10 Papa en surcos 0.006 Castillo, 1991(1 BV)

199115 10 10

Zanahoria,

0.0016 Fernández, 1995bremolacha yajoporro, 2 ciclos(1 BV)

1992 15 10 10 Mulch, 1.5 a 5 Mg/ha < 0.001 Fernández, 1995c(1 BV)

a. BV = barreras vivas; CP = Cobertura . Prácticas (ver Cuadro 2, nota b.).

Cenchrus ciliaris(cadillo bobo)

Rodríguez et al., 1982Páez y Rodríguez, 1989

Suelo desnudo(1 BV )

Maíz, labranzaconvencional(1 BV )

Maíz, labranzaconvencional(1 BV )

Vetiveriazizanioides(vetiver)

PETAQUIREEstaciónExperimentalBajo SecoUCV

Transición:Bosque seco abosque húmedommano bajo

Suelo:Aquic paleudult

Transición:Bosque seco abosque húmedommano bajo

Suelo:Aquic tropudult

Durazno en terrazasindividuales(1 BV)

Transición:Bosque seco abosque húmedomontano bajo

Suelo:Aquic paleudult

Castillo, 1991

Fernández, 1995b

Syoufi, 1990

Urbina y Rodríguez, 1995

Bosque secopremontano

Suelo:Cumulichaplustoll

Andropogongayanus

Andropogongayanus

Rodríguez et al., 1995Rodríguez y Fernández,1992

73

Efecto d

e las Barreras V

ivas y de las C

oberturas en

la Con

servación…

Cuadro 4. Valores indicativos del intervalo vertical (I.V.) con que se espacian entre sí las barreras vivas en función de la erosividad, la erodabilidad y laintensidad del cultivo.a

Rango de erosividad Rango de erodabilidad Alta intensidad Moderada intensidad Baja intensidadde la lluvia del suelo de cultivob de cultivoc de cultivod

(Mg/ha)/(MJ.mm/ha.h) (MJ.mm/ha.h)I.V. Máximae I.V. Máximae I.V. Máximae

pendiente pendiente pendiente(%) (%) (%)

Baja, Baja < 0.0.2 4 44 5 58 6 75

< 3000 Media 0.02-0.05 3 31 4 44 5 58

Alta > 0.05 2 20 3 31 4 44

Intermedia, Baja < 0.02 3 31 4 44 5 58

3000-7000 Media 0.02-0.05 2 20 3 31 4 44

Alta > 0.05 1 10 2 20 3 31

Alta, Baja < 0.02 2 20 3 31 4 44

> 7000 Media 0.02-0.05 1 10 2 20 3 31

Alta > 0.05 0.5 5 1 10 2 20

a. Si la pérdida de suelo es menor que 12 Mg/ha, el I.V. se moverá hacia abajo dentro de la columna hasta encontrar el que se ajusta a las mayores restriccionesque acompañan el nivel de tolerancia asignado.

b. Alta intensidad de cultivo: cultivos anuales en que hay poca o ninguna cobertura de residuos.

c. Moderada intensidad de cultivo: (a) cultivos anuales en que hay una moderada cobertura de residuos; (b) cultivos semipermanentes con moderada coberturade residuos; (c) cultivos permanentes con moderada cobertura de residuos

d. Baja intensidad de cultivo: (a) cultivos anuales en que la cobertura de residuos es muy alta; (b) cultivos semipermanentes con alta cobertura de residuos;(c) cultivos permanentes con alta cobertura de residuos.

e. La máxima pendiente fue calculada partiendo de una distancia mínima entre barreras de 10 m.


74


prácticas de manejo y deconservación que estas unidadesrequieren se seleccionan de maneraque se cumpla el siguienteprincipio, ya explicado:

CP(uso y prácticas de manejo determinados) ≤CPmax (valor tolerable en unidad de tierra dada)

• En la medida en que los sistemasde cultivo se asemejen a lossistemas naturales, y que sumanejo permita altos niveles decobertura, ofrecen al suelo unmayor grado de protección contrala erosión. Tal es el caso de loscultivos permanentes y de lossistemas de mínima labranza y decobertura del suelo.

• Las barreras vivas son unaalternativa prometedora comopráctica de conservacióncomplementaria, es decir, cuandoel grado de protección ofrecido porel sistema de cultivo es insuficientey no es factible el cambio por otrosistema de mayor protección.

Referencias

Nota: Alcance es la revista de laFacultad de Agronomía dela Universidad Central deVenezuela, en Maracay.

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CAPÍTULO 5

La Relación Erosión-Productividad enlos Llanos Orientales de Colombia:Avances en la Investigación

Franco Humberto Obando*

Resumen

El ecosistema de sabanas de laOrinoquia constituye un importantepotencial de tierras para laintensificación agropecuaria y laexpansión de la frontera agrícola deColombia. La tecnología existente (Leal,1994), basada en la rotación yasociación de cultivos y en pastos yleguminosas forrajeras tolerantes desuelos ácidos, permitirá, según loscálculos, incrementar la productividadagropecuaria que hoy se obtiene en los4 millones de hectáreas quecomprenden la Altillanura plana aligeramente ondulada y las terrazas altasdel Piedemonte llanero.

Hay, sin embargo, factores que seoponen a que un uso más intenso deestas áreas sea sostenible, como lafuerte estacionalidad de las lluvias, laerodabilidad de los suelos, la ocurrenciade precipitaciones fuertemente erosivas,la vulnerabilidad de las propiedadesfísicas de los suelos, y la escasafertilidad de éstos. Todos ellosamenazan la productividad a largo plazode los agroecosistemas mencionados(Ortiz et al., 1994). La erosión hídrica,

por su parte, es una de las mayoreslimitantes del desarrollo agropecuariosostenible en los Llanos Orientales deColombia. Las investigacionespreliminares de este autor demuestranque, efectivamente, los Oxisoles de lasterrazas altas del Piedemonte llaneroson muy vulnerables a la erosión hídricalaminar.

Ahora bien, es necesario cuantificarlas relaciones entre erosión yproductividad mediante investigacionesa escalas adecuadas de tiempo y deespacio y con sistemas apropiados deproducción. El programa nacional deManejo Integrado de Suelos y Aguas dela Corporación Colombiana deInvestigación Agropecuaria (CORPOICA)se ha hecho cargo de esta iniciativadentro del marco de una propuestamultinacional apoyada por laOrganización de las Naciones Unidaspara la Alimentación y la Agricultura(FAO) (Stocking, 1988; 1995).

En este trabajo se presentanalgunos avances de la investigaciónsobre la relación erosión-productividaden los Llanos Orientales de Colombia,que ha generado el proyecto Pérdidasde productividad inducidas por la erosiónen los suelos de la Orinoquia. Esteproyecto es financiado por el InstitutoColombiano para el Desarrollo de laCiencia y la Tecnología (COLCIENCIAS)y por la FAO.

* I.A., M.Sc., Profesor, Universidad de Caldas,Manizales, Colombia.

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La Relación Erosión-Productividad en los Llanos Orientales…

Introducción

Es bien conocido el hecho de que laerosión del suelo hace un impacto seriosobre la agricultura y la sostenibilidadde la producción agrícola. En realidad,este efecto fue el incentivo del modelode investigación en erosión que inició elcientífico alemán E. Wollny entre 1877y 1895 (Sanders, 1990) y que fuedesarrollado en América del Norte apartir de 1920 (Stocking, 1988). Eltema del impacto de la erosión sobre laproductividad del suelo fue revivido en1984 cuando el Servicio deConservación de Suelos delDepartamento de Agricultura de losEstados Unidos dio la más altaprioridad a la investigación hecha alargo plazo sobre la relación erosión-productividad (USDA, 1990). LaOrganización de las Naciones Unidaspara la Alimentación y la Agricultura(FAO), por su parte, fue comisionadapara estudiar este problema en lospaíses menos desarrollados (Stocking,1988).

La conclusión general es que elconocimiento que se tiene tanto de lamagnitud del impacto de la erosióncomo de las probables disminuciones dela productividad agrícola expuesta aese impacto es aún imperfecto.Asimismo, buena parte de lainvestigación que se ha hecho sobreerosión, particularmente en los paísestropicales, es incapaz de resolver lassiguientes incógnitas (FAO, 1985;1991):

¿Cómo varía el rendimiento de loscultivos con la erosión durante untiempo largo?

¿Qué factores individuales y quécambios de propiedadescontribuyen más a la declinaciónde la productividad agrícola,causada por la erosión?

¿Esos factores comprendenvariables como la pérdida de

nutrimentos, la reducción delvolumen de enraizamiento, lapérdida de la capacidad deretención de agua, la acidificación ola toxicidad inducida por agentesquímicos como aluminio o hierro?

¿Está empeorando el problema dela erosión o habrán alcanzado lossistemas de producción en lostrópicos un nivel estable de bajaproductividad?

¿Puede la conservación de suelosdetener la declinación de laproductividad? ¿Con cuálestécnicas?

¿Están atacando las prácticas deconservación de suelos unproblema erróneo? ¿Deberíandedicarse más a mejorar la calidady la productividad del sueloremanente y menos a tratar decontrolar las pérdidas de suelo?

En general, la investigación que sehace tradicionalmente sobre erosión nopuede suplir los datos necesarios paratomar decisiones económicas y sociales,y para proceder a la planeación de unaagricultura sostenible.

La FAO ha reconocido la amenazadel proceso de degradación de lastierras, que es potencialmente másrápida en los países tropicales (FAO,1991). La FAO reconoce también quelas sabanas tropicales dominadas porUltisoles y Oxisoles representan elprincipal recurso de suelo subutilizadoen los trópicos ecuatoriales. Unapregunta importante es si estosecosistemas de sabana pueden sostener—y hasta qué punto— una agriculturaintensiva. Es urgente, por ello, lanecesidad de información sobre lasrelaciones entre la erosión y elrendimiento para estas zonasagroecológicas.

En consecuencia, la División deDesarrollo de Aguas y Tierras de laFAO ha tomado la iniciativa de

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organizar una red internacional deinvestigación para cuantificar elimpacto de la principal forma dedegradación de los suelos tropicales:la erosión hídrica laminar. EnAmérica del Sur, seis países,incluyendo a Colombia, y ocho gruposde investigación han respondido alllamado de la FAO (Stocking, 1995;Tenberg et al., 1996).

Objetivos en Colombia

El objetivo general es investigar elimpacto de la erosión hídrica en laproductividad del suelo en elecosistema de sabanas de la Orinoquia.

Los objetivos específicos estáncontenidos en la solución de lassiguientes incógnitas:

• ¿Qué cambios experimenta laproductividad del suelo de lasterrazas altas del Piedemontellanero a medida que se intensificaen él la agricultura y se incrementala erosión?

• ¿Cual es la variable física, químicao biológica que interviene en losprocesos subyacentes al fenómenode una productividad agrícola quedeclina al tiempo que la erosiónprogresa?

• ¿Es posible extrapolar resultados acondiciones agroecológicassimilares (por ejemplo, laAltillanura plana) empleandomodelos matemáticos y métodosapropiados, en el mínimo tiempoposible y sin elaborarexcesivamente los procesosexperimentales?

• ¿Cómo se cuantificaría el costo o elimpacto económico de la erosión?

La Figura 1 ilustra el proceso deinvestigación y los resultadosesperados.


Diseño experimentalEl procedimiento recomendado por laFAO (1985) comprende 27 parcelas depérdida de suelo y escorrentía deaproximadamente 50 m². Se proponeaquí un diseño de tres bloques contratamientos distribuidos al azar en losque haya cuatro niveles de erosiónnatural (o sea, con pérdida de suelocausada por agua de lluvia natural),cuatro niveles de erosión artificial (osea, con remoción mecánica de la capasuperficial de las parcelas), y variosniveles de erosión en que se dé unmanejo convencional al suelo(tratamientos testigo). Las parcelasexperimentales se definen según el tipode erosión, así:

• Parcelas N: las de erosión causadapor lluvias naturales, desprovistasde vegetación; los cuatro niveles deerosión se producen cubriendo lasparcelas con mallas de plástico dediferentes grados de cobertura osombra, a 40 cm sobre la superficiedel suelo.

• Parcelas A: las de erosión porremoción artificial; el suelo seremueve artificialmente hastalograr cuatro niveles de ‘erosión’,con el fin de obtener el rango derespuestas de rendimientos que seespera en las parcelas N.

• Parcelas C: las parcelas testigo, enque el manejo de suelos esconvencional y hay sistemas derotación de cultivos anuales ypasturas.

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Fase experimental Validación y desarrollo de modelos

Zona Agroecológica A: Terrazas altas delPiedemonte subcreciente

Sistemas intensivos de producción:rotación de cultivos y pasturas

Medición de la tasa de erosión porsistema de producción

Relaciones básicas deerosión-rendimiento-tiempo experimental

Zona Agroecológica B: Altillanura plana aligeramente ondulada

Sistemas potenciales de producción:rotación de cultivos y pasturas

Medición de la tasa de erosión porsistema de producción.

Erosion-Productivity Impact Calculator,EPIC (USDA, 1990)

Relaciones erosión-rendimiento-tiempo.Modelamiento (EPIC)

Area de los principales sistemas de producción (ha):Area potencial de ecosistemas de sabana

Reducción de niveles de productividad inducida por erosión enla Orinoquia Bien Drenada (OBD): Efectos en factores como

nitrógeno, fósforo, potasio, materia orgánica.Propiedades físicas, químicas o biológicas del suelo,retención de humedad, y otras causas identificadas

Precios de fertilizantes y otros productos

Costo o impacto económico de la erosión

Toma de decisionesSelección de sistemas de producción sostenibles

Estrategias para la intensificación agropecuaria sostenible

Figura 1. Diagrama de flujo que ilustra el cálculo de la pérdida de productividad y el costo de la erosión parala Orinoquia Bien Drenada (OBD).

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El diseño de la FAO sugiere opermite modificaciones según lascondiciones locales; en el Centro deInvestigaciones La Libertad, deCORPOICA, se instalaron 36 parcelasde pérdida de suelo siguiendo lasrecomendaciones de Da Veiga y DoPrado (1993). El Cuadro 1 presenta lostratamientos y la remoción de sueloesperada.

Suelo experimentalEste suelo se ha clasificadotradicionalmente como un TropepticHaplorthox. Según la taxonomíaactual, corresponde, a nivel desuborden, a un Udox de las terrazasaltas del Piedemonte subreciente, conuna pendiente media del 4%. Elmanejo antecedente fue de pasturasmejoradas de braquiaria (Brachiariadecumbens) durante más de 30 años.

El diagnóstico de limitantes físicas delsuelo no reveló signos de compactaciónsevera por sobrepastoreo ni erosión porpérdida de cobertura vegetal, resultadoque ofrecía una condición inicial delsuelo adecuada para los objetivosexperimentales.

Procedimientos, cultivos yevaluaciónLas parcelas N permanecen con elsuelo descubierto durante 3 ó 4 años;todas las parcelas parten, por tanto, deuna condición común. Al final delperíodo establecido, habrán sufridogrados diferentes de erosión y se esperaque éstos afecten diferencialmente laproductividad del suelo. Una vezalcanzados los niveles de erosiónnatural y pasados de 3 a 4 años, seremoverá el suelo de las parcelas deerosión artificial (parcelas A) raspando

Cuadro 1. Descripción de los tratamientos con que se obtienen diferentes niveles de pérdida o remoción desuelo.

Clase de Tratamiento Niveles de erosión o Tratamientos para Pérdida o remociónerosión no. pérdida de suelo por obtener niveles de esperadaa

remoción pérdida o remoción (Mg/ha)de suelo

Lluvia natural T1 N1 (muy severa) Suelo descubierto 150(parcelas N)

T2 N2 (severa) Cobertura con malla 33% 100

T3 N3 (moderada) Cobertura con malla 45% 50

T4 N4 (ligera) Dos mallas superpuestas: 2533% + 45%

T5 N5 (muy ligera) Pasto Braquiaria 10

T6 N6 (testigo o control) Cultivos anuales: 40arroz-soya, pastos

Remoción artificial T7 A1 (muy severa) Remoción: 5 cm 600(parcelas A)

T8 A2 (severa) Remoción: 2.5 cm 300

T9 A3 (moderada) Remoción: 1.25 cm 150

T10 A4 (ligera) Remoción: 0.5 cm 75

T11 A5 (muy ligera) Remoción: 0.25 cm 40

T12 A6 (natural) Remoción: << 0.25 cm << 20

a. Mg = megagramo, que equivale a 1 t (1 tonelada métrica).

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de su superficie capas de espesordeterminado según las indicacionesdadas en el Cuadro 1. El objetivo esobtener un rango de respuestas derendimiento similar al producido en lasparcelas N.

Todas las parcelas serán cultivadasa partir del año 3 ó 4 durante 2 años,tiempo durante el cual se hará unseguimiento del crecimiento de lasplantas y simultáneamente de loscambios físicos, químicos y biológicosdel suelo. Las tres parcelas C (testigo)se cultivan desde el año 1. Para estasparcelas se seleccionó un sistema derotación de los cultivos arroz secano ysoya, usando variedades que toleran lossuelos ácidos (Leal, 1994). Seestablecerá, finalmente, el sistemaarroz-pastos recomendado comopráctica previa a la introducción de laspasturas mejoradas. También seevaluará el efecto de la erosión en laproductividad de los pastos.

La metodología de evaluación y elseguimiento experimental propuestopor FAO (1985) ofrecen un menú demedidas del suelo, del clima y de loscultivos. Los análisis de suelosincluyen las propiedades físicas,químicas y biológicas del suelo quesean relevantes. Las medidas delclima comprenden la cantidad diaria delluvia, la intensidad de la lluvia, y losparámetros para el cálculo de laenergía y la erosividad; otrosparámetros meteorológicos se registranen la estación meteorológica del CentroNacional de Investigación La Libertadde CORPOICA.

Las parcelas en que se medía lapérdida de suelo y la escorrentiaterminaron de instalarse en diciembrede 1995. Los tratamientos T1, T5 y T6,junto con nueve parcelas ya existentespara este trabajo, se emplearon paradeterminar la erodabilidad del suelo(K) e investigar la vulnerabilidad delsuelo a la erosión (Umaña y Astroz,1997). La instalación de las mallas

para hacer sombra (tratamientos T2,T3, T4) terminó en junio de 1996porque fue difícil conseguir losmateriales adecuados en el mercadolocal. Por consiguiente, el registro delos datos obtenidos en estostratamientos de cobertura artificialempezó en julio de 1996.

Resultados

El Cuadro 2 presenta la pérdidapromedio acumulada de suelo de cadatratamiento durante el período deenero a diciembre de 1996.

El Cuadro 3 presenta, como uno delos primeros resultados de este ensayo,

Cuadro 2. Pérdida de suelo, en promedio,acumulada durante el período enero-diciembre de 1996.

Tratamiento Pérdida de suelo(kg/m2)

T1 (suelo descubierto) 10.9950a

T2 (malla de 33% 0.5365para sombra)

T3 (malla de 45% 0.5652para sombra)

T4 (malla de 33% y 45%) 0.5279

T5 (pasto Braquiaria) 0.6640a

T6 (testigo) - 4.4550a

a. Datos de Umaña y Astroz (1997).

Cuadro 3. Pérdida de suelo, en promedio, en lostratamientos con malla de sombra o decobertura durante el período julio-diciembre de 1996.a

Tratamiento Pérdida media desuelo (kg/m2)

Malla de 45% para sombra 0.178 a

Malla de 33% para sombra 0.158 ab

Malla de 33% + 45% 0.138 b

a. Valores medios seguidos de la misma letra noson estadísticamente diferentes al 5%.

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los promedios de pérdida de suelo enlos tratamientos en que se instalaronmallas de ‘sombra’ o de cobertura.

Discusión y Conclusiones

• Respecto a las pérdidas anualesacumuladas, no hubo diferenciassignificativas en los tratamientosen que se usó la coberturaartificial, lo que confirma larelación no lineal entre elporcentaje de lluvia interceptadapor la cobertura (la vegetal) y lapérdida de suelo (Hudson, 1993).Esta relación fue encontradatambién por S. C. F. Dechen (1996,comunicación personal), quiensugería el uso de mallas de 33%,18% y porcentajes intermediospara obtener las tasas de erosiónesperadas.

• Es interesante observar que lastasas de pérdida de suelo enparcelas con pasto braquiaria (T5)tampoco presentan diferenciassignificativas aparentes cuando selas compara con las obtenidas enlos tratamientos de coberturaartificial.

• Los resultados obtenidos en 1966 ylos datos registrados en 1997indicarán la decisión más acertadarespecto a los porcentajes desombra que se deben emplear en elfuturo para producir niveles deerosión que contrasten entre sí.Las franjas con malla de diferentecalibre para hacer sombra,intercaladas con franjas de suelodescubierto (sin malla), serán unaopción que se evaluará a partir delsegundo semestre de 1997. Elpropósito es, obviamente, simularun sistema de cultivos en formamás realista. Se aplicaránporcentajes de sombra menores que33% porque se supone que lasfranjas cubiertas con malla para

cobertura de 33% o de 45% —o conestas dos superpuestas— hacenuna cobertura cuyos efectos sonsimilares a los que causa el pastobraquiaria.

• Los datos de pérdida anual desuelo en parcelas descubiertasregistrados por Umaña y Astroz(1997), junto con la erosividad delas lluvias, confirman la altaerodabilidad de los Oxisoles delPiedemonte llanero.

Los resultados que tienen que vercon pérdida de nutrimentos y concambios en las propiedades físicas,químicas y biológicas del suelo seencuentran en proceso.

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CAPÍTULO 6

Propuesta de una Nueva Clasificaciónde Suelos en una Región del Valle delRío Cauca1

Alvaro García O., Julián Borrero S. y Carlos A. Gómez.*

Resumen

La diferente intensidad con que hanactuado los factores formadores delsuelo en las diversas áreas fisiográficasque constituyen el valle del río Cauca daorigen, en este valle, a una granvariabilidad en los suelos. Existe, porello, una extensión considerable desuelos que presenta una alta saturaciónde Mg2+ en el complejo de cambio y quees reportada en los estudios de sueloscomo ‘suelos con relación Ca:Mginvertida’. El sistema básico declasificación de suelos (conocido comoSoil Taxonomy) considera que los suelosafectados por Na+ y los afectados porMg2+ pertenecen a un mismo grupo, yaque poseen un horizonte nátrico contodas las propiedades de un horizonteargílico, con más Mg2+ y Na+

intercambiables que [Ca2+ más acidezintercambiable (pH = 8.2)] en algunoshorizontes dentro de los 40 cm del límitesuperior —si la RAS (relación deabsorción de sodio) es mayor que 13 osi el PSI (porcentaje de saturación de Na

intercambiable) es mayor que 15 enalgún horizonte a menos de 2 m de lasuperficie. Se incluye al Mg2+ en ladefinición del horizonte nátrico porque, amedida que el Na+ es removido, el Mg2+

lo sigue en la secuencia de lavado, acondición de que los cloruros seanpocos y los sulfatos abundantes. Si ellavado continúa, el Mg2+ llega a ser, aveces, remplazado. La literaturaeuropea considera este tipo de sueloscomo una categoría especial de suelosalino que puede tener una génesisdistinta y diferentes propiedades.

El análisis de los resultados delaboratorio de más de 24,000 muestrasde suelos y de aproximadamente2200 perfiles, ubicados en sus diferentesposiciones fisiográficas, permitió evaluarla situación del Mg2+ en los suelos delvalle del río Cauca. El estudio y laagrupación de los perfiles seleccionadoscondujo a la identificación de cincoperfiles magnésicos principales (y dealgunos tipos o variantes en cada perfil)que predominan en las diferentesunidades del paisaje.

Considerando la extensión del áreaafectada (116,860 ha) y de ladominancia aparente del Mg2+ sobre elNa+, se confirma el hecho de que, enalgunos suelos, el Mg2+ tiene lacapacidad de desarrollar mayoresniveles de Na+ intercambiable en lossuelos.

1. Contribución de la UNAL-sede Palmira y de laCVC.

* I.A., Ph.D., Director General, Escuela dePosgrados, UNAL-Sede Palmira; I.A., Profesor,UNAL-Sede Palmira; e I.A., M.Sc., CVC,Palmira, respectivamente.

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Propuesta de una Nueva Clasificación de Suelos…

Introducción

La acumulación de Mg2+ en el complejode cambio de algunos suelos ocurrecuando se dan ciertas condiciones, porejemplo:

- Riego con aguas que contenganuna alta concentración de Mg2+

intercambiable o presencia decapas freáticas ricas en estecatión.

- Naturaleza del material que dioorigen al suelo, como laserpentina y otros materialesmagnésicos; son comunes, portanto, en el delta del ríoSacramento (California, E. U.),en regiones de Hungría,Bulgaria y Rusia, en el delta delrío Nilo, y en el valle del ríoCauca (Colombia).

El Mg2+ afecta las propiedades delsuelo de diverso modo:

• Ejerce un efecto floculante (similaral del Ca2+) que mantiene laestructura del suelo y permite sudesarrollo, afirman unos.

• Reduce el crecimiento de lasplantas por su efecto tóxicoespecífico (directamente) y porquedeteriora las propiedades físicasdel suelo (indirectamente), segúnotros; este último efecto consiste enla pérdida de propiedades deconducción del agua (infiltración,conductividad hidráulica,permeabilidad) ya que promueve(el Mg2+) la dispersión y laexpansión de las arcillas. El gradode dispersión aumenta alincrementarse la relación Mg:Caen la solución del suelo. En laliteratura se reportan diversasopiniones sobre el efecto del Mg2+

en la fertilidad de los suelos(Alperovitch et al., 1981; Antipov-Karataev y Mamaeva, 1958;Girdhar y Yadav, 1981; Rahman yRowell, 1979).

• Puede ayudar a elevar el nivel delNa+ intercambiable en las arcillas yen el suelo, sugieren otrosinvestigadores.

Los suelos magnésicos serían unacategoría especial de los suelos salinos,que se caracteriza por presentar altassaturaciones de magnesio en elcomplejo de cambio (García, 1988).Una revisión cuidadosa de la literaturadestaca el hecho de que los suelosmagnésicos de diversa génesis, y depropiedades diferentes, se han estadoconsiderando como un solo grupo y nose han tenido en cuenta sus procesos deformación, sus fuentes de Mg, su formade enriquecimiento magnésico, y el tipoy la movilidad de los compuestos demagnesio acumulados en ellos. Segúnel mismo investigador (García, 1988),el término ‘suelos magnésicos’ incluyelos siguientes tipos de suelos:

• Los suelos donde el Mg se acumulaen forma de sales inorgánicas(principalmente sulfato demagnesio y cloruro de magnesio) yse conocen como Solonchak (Kovdaet al., 1967). La alta concentraciónde sales de magnesio en la solucióndel suelo es tóxica para las plantasy causa en ellas un efectofisiológico directo.

• Los suelos de color oscuro y texturapesada, con altas cantidades deMg2+ (intercambiable y total), bajaconductividad hidráulica y limitadamovilidad de la humedad en elsuelo, conocidos comohidromórficos (Darab y Remenyi,1978; Emerson y Smith, 1970).Algunos autores relacionan susdeficientes propiedades hídricascon el incremento en el grado desaturación de Mg2+ (Ovcharenko etal., 1974) y otros mencionan que enellos se forman complejos[Mg-suelo-materia orgánica] dealta estabilidad, los cuales, juntocon las capas silicatadas de lafracción arcillosa, forman

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compuestos de gran hidratabilidad(Emerson y Smith, 1970). Hayrelación entre el aumento en lacantidad de capas silicatadasexpandibles y la inhibición delmovimiento del agua en estossuelos.

• El grupo de suelos que presentauna alta saturación de Mg2+

acompañada de una ampliavariación en la saturación de Na+ yde todas las característicasmorfológicas del perfil Solonetz.Algunos autores resaltan lasimilitud del comportamiento delos iones Mg2+ y Na+ en laformación Solonetz (Máté, 1935).

El aumento en la saturación deMg2+ parece ser el primer estadio en elproceso de formación de los Solonetz.Se ha probado (Antipov-Karataev yFilipova, 1955; Antipov-Karataev yMamaeva, 1958; Arany, 1931) que lamorfología de los suelos Solonetz quetengan un alto grado de saturación deMg2+ y un bajo grado de saturación deNa+ es el rezago de un estado anterioren la formación de dichos suelos—asociado con el enriquecimiento deNa+ intercambiable— que puede influiren su fertilidad.

La formación y la acumulación decompuestos magnésicos se debe a ungran número de procesos geoquímicosde formación del suelo, que tienenlugar en el estrato superior de lacorteza terrestre.

Suelos del Valle del Cauca

La variación que se observa en lossuelos del valle del río Cauca se debe ala diferente intensidad de los factoresformadores del suelo que actúan en lasdiversas áreas fisiográficas en quedicho valle puede dividirse. Unconjunto considerable de esos suelos,que presentan una alta saturación de

Mg2+ en el complejo de cambio, suelenreportarse como suelos cuya relaciónCa:Mg es estrecha o invertida (García,1988). En la región del departamentodel Valle hay más de 30,000 ha deestos suelos y no se han contabilizadoaún los que existen en la CostaAtlántica. La carencia de informaciónsobre los procesos que conducen a laformación de este tipo de suelos, lamagnitud del área implicada, el gradoen que ésta ha sido afectada y,especialmente, el desconocimientotanto de parámetros seguros paraevaluar cada condición de estos sueloscomo de prácticas más adecuadas paramanejarlos justifican un programa deinvestigación sobre los suelosmagnésicos. Dicho programa incluiríael efecto del catión dominante Mg2+ enel complejo de cambio y el efecto de loscompuestos móviles en las propiedadesde los suelos y en el crecimiento de lasplantas.

El resultado de este trabajo seráun manejo del recurso suelo quegarantice su productividadadecuada y permanente en laregión considerada. Estainiciatiava es de vital importanciapara el desarrollo regional porquepermitirá establecer, más adelante,un plan integral de recuperación ymanejo de tierras que aportarámucho a la actividad agropecuariade la región.

Objetivos del Estudio

El objetivo principal de estainvestigación fue identificar ycuantificar, mediante los datos delanálisis de suelos realizado pordiversos laboratorios ubicados en lazona estudiada, las áreas del valle delrío Cauca que presentan una altasaturación de Mg2+.

Se perseguían, además, tresobjetivos específicos:

87


- contribuir al conocimiento de losefectos del Mg2+ intercambiableen las propiedades (físicas yquímicas) de los suelos del valledel río Cauca;

- catalogar los suelos afectadossegún su posición geográfica y eltipo de afección que tengan;

- cuantificar las áreas del valleque presenten una saturacióncrítica de Mg2+ intercambiable.

Metodología

Se revisaron los resultados de losanálisis de suelos practicados en las92,000 muestras tomadas entre 0 y30 cm de profundidad por agricultores,auxiliares técnicos, y expertos deentidades públicas y privadas, quieneslas enviaron a diversos laboratorios desuelos y aguas del departamento delValle (ICA, Ingenio Providencia,Ingenio Mayagüez, IGAC) en un lapsoun poco mayor de 10 años (1985-1996).Para evitar incongruencias, sedescartaron los resultados cuyos datosestaban incompletos o no ofrecíanseguridad sobre la profundidad a la quese tomó la muestra o sobre laidentificación de ésta. Se seleccionaronasí 24,000 resultados que seclasificaron según dos criterios:

• Los rangos de concentración (enmeq/100 g) de Mg2+ intercambiable:< 6.0; 6.1 a 12; 12.1 a 18.0; 18.1 a24 y > 24.1.

• El porcentaje de saturación de Mg2+

intercambiable: < 10, 11 a 20, 21 a30, 31 a 40, 41 a 50 y > 51.

Localización cartográficaPartiendo de la informaciónproporcionada por el análisis de 1616perfiles, descritos por la CVC yubicados en los mapas cartográficos delvalle del río Cauca, y consultando los

resultados analíticos de los archivoshistóricos, se agruparon en el paisajelas muestras de suelos por municipios ysegún su posición fisiográfica. Sedeterminaron luego las áreas afectadasy se diferenciaron en ellas varios tiposde afección según el contenido de Ca2+,Mg2+ y Na+ (perfil magnésico-sódico), amedida que se profundizaba en elperfil.

Análisis estadísticoLos resultados del análisis de todas lasmuestras de suelos se sometieron a unanálisis de frecuencia que tomó, comoparámetros, los rangos de saturaciónde Mg2+ intercambiable (PMgI) y losrangos de concentración de Mg2+

intercambiable usados en el estudio.Este análisis tiene dos objetivos:

• Observar la distribución de lasáreas afectadas por Mg2+ según losparámetros establecidos.

• Cuantificar luego esas áreas(ver p. 92) por referencia a dosvalores:

- un PMgI crítico (saturacióncrítica de Mg2+) superior alestándar europeo (o sea, más del40% de la CIC), y

- un contenido alto de Mg2+ (o sea,> 6 meq/100 g de suelo).

Cuantificación del áreaafectadaLa información analítica obtenida de52 perfiles modales (y de los1616 perfiles existentes en loslaboratorios del IGAC y de la CVC) ylos mapas de distribución predialexistentes permitieron cuantificar, enprimera aproximación, el área afectadapor el Mg2+. Se consideró prioritaria lainvestigación del suelo superficial perose tuvieron en cuenta la concentraciónde Mg2+ y la saturación de bases en elsubsuelo.

88


Se determinó luego el tipo deafección del área cuantificada según lossiguientes aspectos: grado desaturación de Mg2+ en el complejo decambio, posición fisiográfica,características ‘solonétzicas’ del perfildel suelo, y transectos longitudinales ytransversales del valle del río Cauca.

Se estableció también lacomposición mineralógica de los suelospara poder evaluar la relaciónexistente entre mineralogía ypropiedades del suelo.


El estudio y la agrupación de losperfiles seleccionados sirvió paraidentificar varios tipos de sueloscaracterísticos, que predominan en lasdiferentes unidades del paisajeestudiado.

PerfilesExisten suelos considerados normales,en los cuales el contenido de Ca2+ esmayor que el de Mg2+ y éste, a su vez,mayor que el de Na+ (perfil 1); enalgunos casos, las concentraciones deestos iones son muy altas (perfil 1A).La Figura 1 presentaesquemáticamente estos perfiles.

El perfil 2 corresponde a suelos conconcentraciones muy elevadas de Ca2+ yconcentraciones bajas de Mg2+; las deNa+ aumentan con la profundidad. Aveces, la saturación del Mg2+ respecto ala CIC es superior al 50% (perfil 2A).Estos tipos de perfiles se aprecian en laFigura 2.

El perfil 3 presenta contenidos muyaltos de Ca2+ y de Mg2+ y contenidosbajos de Na+. En algún punto del perfilla concentración de Mg2+ se hace mayorque la de Ca2+ (Figura 3). En el perfil3A, el contenido de Na+ es alto, aunqueno supera al de Ca2+ o al de Mg2+

(Figura 4); en el perfil 3B, la

concentración muy alta de Na+ superalas de Ca2+, las de Mg2+ o las de Ca2+ +Mg2+ (Figura 5).

Hay suelos en que el Ca2+ y el Mg2+

presentan concentraciones similares entodo el perfil, sin que se aprecie unadominancia de alguno de los dos.

En el perfil 4 (Figura 6), el Na+ noconstituye una limitante para laagricultura; lo es, en cambio, en elperfil 4A en que la concentración deNa+ crece a medida que se profundizaen el suelo (Figura 7).

En todo el perfil 5, lasconcentraciones de Mg2+ son mayoresque las de Ca2+ sin que se observenconcentraciones altas de Na+

(Figura 8). En el perfil 5A, el Na+

alcanza valores elevados que no

Concentración de cationes

Prof. Contenido (meq/100 g)(cm) Ca2+ Mg2+ Na+

0-52 12.80 5.10 0.36

52-75 10.00 5.60 0.40

75-100 5.60 2.20 0.32

100-120 16.00 1.20 0.38

Figura 1. Perfiles 1 y 1A (concentración decationes y gráfica) típicos de los suelosmagnésicos del valle del río Cauca.El perfil 1A es similar pero con mayoresconcentraciones de los iones.(Palmira, FG-1.)

Ca2+ Mg2+ Na+

Cationes (meq/100 g)0 4 8 12 16

52

75

100

120

Pro

fun

dida

d (c

m)

89


superan los del Ca2+ o los del Mg2+

(Figura 9); en el perfil 5B, en cambio,supera los valores de estos últimos(Figura 10). En ocasiones (perfil 5C),la concentración de Na+ sobrepasa, engeneral, la del Ca2+ pero no la del Mg2+

(Figura 11).

Presencia del Mg2+

Una fracción considerable de los suelosdel valle del río Cauca está afectada, enmayor o menor grado, por el Mg2+

intercambiable. De 24,000 muestrasde suelos de diverso origen antesmencionadas, el 15.1% presentó unasaturación de Mg2+ (respecto a la CIC)superior al 40%. Se calculó que el áreatotal afectada por el Mg2+ era de116,860 ha, de un total de 198,875 haestudiadas.



0-20 18.00 1.10 0.46

20-33 14.00 3.60 1.08

33-45 14.80 3.90 1.74

45-95 19.60 9.60 3.60

95-120 16.80 4.60 1.98

Figura 2. Perfiles 2 y 2A (concentración decationes y gráfica) típicos de los suelosmagnésicos del valle del río Cauca.El perfil 2A es similar pero con sat.Mg > 50% (respecto a CIC).(Palmira, FG-98.)

Cationes (meq/100g)0 5 10 15 20

20

33

45

95

120

Pro

fun

dida

d (c

m)

Ca2+ Mg2+ Na+



0-28 20.90 14.90 0.70

28-48 15.20 14.40 0.90

48-80 7.20 8.00 0.60

80-120 4.00 8.90 0.30

Figura 3. Perfil 3 (concentración de cationes ygráfica) típico de los suelos magnésicosdel valle del río Cauca. (Palmira,FG-496.)

Pro

fun

dida

d (c

m)

0 4 8 12 16 20Cationes (meq/100 g)

2848

80

120

Ca2+ Mg2+ Na+



0-22 19.80 17.90 1.30

22-42 18.40 23.60 2.30

42-80 16.30 31.20 3.00

80-120 9.60 38.90 3.40

Figura 4. Perfil 3A (concentración de cationes ygráfica) típico de los suelos magnésicosdel valle del río Cauca. (Palmira,FG-797.)

0 20 40

2242

80

120

Cationes (meq/100 g)

Pro

fun

dida

d (c

m)

Ca2+ Mg2+ Na+

90




0-30 22.30 29.40 2.86

30-60 31.08 25.06 2.04

60-90 31.59 27.95 2.79

90-120 16.40 25.90 3.61


0 8 16 24 32Cationes (meq/100 g)

Pro

fun

dida

d (c

m)

30

60

90

120

Ca2+ Mg2+ Na+



0-20 4.40 9.80 0.24

20-68 9.20 12.00 0.37

68-100 9.60 10.40 0.38

100-120 8.40 12.40 0.44


Cationes (meq/100 g)0 7 14

20

68

100

120

Pro

fun

dida

d (c

m)

Ca2+ Mg2+ Na+



0-31 24.10 11.40 17.90

31-57 15.50 12.20 29.50

57-95 13.50 29.50 35.10

95-120 15.00 30.00 21.50

Cationes (meq/100 g)0 10 20 30 40

Pro

fun

dida

d (c

m)

Figura 5. Perfil 3B (concentración de cationes ygráfica) típico de los suelos magnésicosdel valle del río Cauca. (Palmira,FG-205.)

31

57

95

120

Ca2+ Mg2+ Na+



0-25 14.00 14.80 0.33

25-50 15.60 16.80 0.73

50-85 13.20 11.20 0.75

85-120 9.20 11.60 0.74

Cationes (meq/100 g)0 9 18


25

50

85

120

Pro

fun

dida

d (c

m)

Ca2+ Mg2+ Na+

91


Los tipos de perfil hallados en estossuelos se relacionan con el paisaje(Cuadro 1). En la planicie aluvial delrío Cauca, en la planicie aluvial delpiedemonte y en la planiciefluviolacustre predominan los tipos deperfil en que el Mg2+ aumenta con laprofundidad y supera (parcial ototalmente) al Ca2+; además, el Na+ seacumula en el perfil siguiendotendencias similares a las del Mg2+. Secree, por tanto, que en las unidades deesta posición geográfica el Mg2+

favorece, de algún modo, laacumulación de Na+ en el suelo.

TaxonomíaEl sistema básico de clasificación desuelos, conocido como Soil Taxonomy(USDA, 1975), tiene alguna dificultaden su aplicación a los suelosmagnésicos, especialmente a aquellosen que no hay presencia de Na+ y queno dan pie a la denominación de



0-28 11.20 15.20 17.29

28-58 10.17 17.94 18.49

58-90 12.00 10.40 15.19

90-120 9.42 16.47 20.55

Figura 10. Perfil 5B (concentración de cationes ygráfica) típico de los suelos magnésicosdel valle del río Cauca. (Palmira,FG-1852.)


0 7 14 21

28

58

90

120

Pro

fun

dida

d (c

m)

Ca2+ Mg2+ Na+



0-20 4.80 26.10 14.32

20-40 9.60 23.20 13.09

40-60 8.80 19.20 13.00

60-80 8.00 19.60 13.96

80-120 10.80 12.40 14.32

Figura 11. Perfil 5C (concentración de cationes ygráfica) típico de los suelos magnésicosdel valle del río Cauca. (Palmira,FG-1830.)


0 10 20 30

20406080

120Pro

fun

dida

d (c

m)

Ca2+ Mg2+ Na+



0-30 12.00 22.80 0.90

30-50 9.20 19.60 5.12

50-70 7.60 21.20 4.49

70-95 7.20 15.60 2.85

95-120 5.60 12.40 0.82


Cationes (meq/100 g)0 6 12 18 24

30

50

70

95

120

Pro

fun

dida

d (c

m)

Ca2+ Mg2+ Na+

92


horizonte nátrico; en estos suelos sehallan los perfiles magnésicos de tipos3, 4 y 5 encontrados en el presenteestudio.

El sistema taxonómico mencionadoconsidera que un horizonte nátrico esuna clase especial de horizonte argílicoque tiene, además de las propiedadescaracterísticas de éste, algunas de lasque siguen:

• Cualquiera de las dos siguientes:

- prismas o, más corrientemente,columnas en alguna parte,generalmente en la partesuperior, que pueden rompersehasta bloques o pueden nohacerlo; o

- raramente estructura de bloquesy lenguas de un horizontealuvial, en las cuales hay granosde limo o arcilla no cubiertos, yque se extiende más de 2.5 mdentro del horizonte.

• Además, cualquiera de las dossiguientes:

- una RAS > 13 (PSI > 15) enalgún subhorizonte dentro de los40 cm siguientes al límitesuperior; o

- más Mg2+ y más Na+

intercambiables que [Ca2+ +acidez intercambiable], a pH 8.2,en algún subhorizonte dentro de

los 40 cm del límite superior, sila RAS > 13 (PSI > 15) en algúnhorizonte dentro de los 2 msiguientes a la superficie.

Los subhorizontes de los 40 cmsuperiores del horizonte nátrico puedentener el Ca2+ como catiónintercambiable dominante si loshorizontes inferiores tienen, en los40 cm superiores, la RAS necesaria o elNa+ suficiente. Algunos de lossubhorizontes dichos pueden tener másacidez intercambiable y más Ca2+ queMg2+ y que Na+, si se dan doscondiciones:

- los subhorizontes inferiores (enlos 40 cm superiores) presentandominancia del Mg2+ y del Na+;

- algún horizonte (dentro de los2 m contados desde la superficie)tiene una RAS > 13 (PSI > 15).

Conclusiones

La distribución de los cationes Ca2+,Mg2+ y Na+ señala la existencia de cincoperfiles magnésicos (con sus tipos yvariantes) en los suelos mencionados.El efecto del sodio en la dispersión dearcillas y en la formación de unhorizonte B de arcilla aluvial ha sidoreconocido desde hace tiempo; estemismo efecto no ha sido atribuido alMg2+, al menos con claridad, pormuchos investigadores. En algunas

Cuadro 1. Area afectada por Mg2+ y su relación con formas generales del paisaje, en el valle del río Cauca, enColombia.

Forma general del paisaje Area afectada Perfil predominante Total área(ha) del suelo muestreada

(ha)

Planicie aluvial del río Cauca 24,597 3, 5 35,511

Planicie aluvial del piedemonte 79,440 3, 5 141,244

Planicie fluvio-lacustre 7,399 3, 4, 5 16,686

Colinas 5,424 5 5,434

Area total afectada 116,860 198,874

93


regiones del mundo, la presencia delMg2+ se puede relacionar concondiciones físicas pobres o pocodeseadas del suelo.

Según el manual americano detaxonomía de suelos (USDA, 1975), elMg2+ se incluye en la definición delhorizonte nátrico porque, a medida quees removido el Na+, el Mg2+ lo sigue enla secuencia de lavado si los clorurosson bajos y los sulfatos son altos; encaso de que el lavado continúe, el Mg2+

llega a ser totalmente remplazado.Cuando esta sustitución alcanza elpunto en que la cantidad de Na+

intercambiable es > 15% y la cantidadde Mg2+ y de Na+ es menor que la de[Ca2+ + acidez intercambiable] —y estoocurre en los subhorizontes superioresque tengan un espesor de 40 cm omás— el horizonte en cuestión no seconsidera nátrico.

La discusión anterior pone demanifiesto la dificultad de enmarcarlos perfiles 3, 4 y 5, predominantes enmuchas áreas del valle del río Cauca,dentro del concepto de perfiles con unhorizonte ‘diagnóstico’ de tipo nátrico.Por ejemplo:

- en el perfil FG-1926 de Palmira(Figura 6), el Mg2+ supera el Ca2+

en casi todo el perfil, mientrasque el Na+ se halla en nivelesmínimos (< 1 meq/100 g), lo queno deja aceptar fácilmente laclasificación del USDA (SoilTaxonomy);

- lo mismo ocurre en el perfilFG-2018 de Palmira (Figura 8).

Esta dificultad conduce a un errorsistemático en los estudios de suelosrealizados en el valle del río Cauca,puesto que esos suelos tienen unasaturación de Mg2+ muy alta y unasaturación de Na+ muy baja. Además,la observación visual de cada uno de losperfiles y su descripción ha permitidoasociar una situación caracterizada pormuchas propiedades físicas —en

especial, las relacionadas con elmovimiento del agua en el suelo— a lacondición de alta saturación (o dedominancia) del Mg2+ en el complejo decambio de ese suelo.

• Este hecho da pie a la necesidad deproponer una modificación alsistema básico de clasificación desuelos, la cual introduciría unacategoría especial de suelos salinoscuya denominación sería ‘suelosmagnésicos’. Estos suelos debentenerse como marginales para laproducción agrícola en la medidaen que la concentración de Mg2+

afecta sus propiedades químicas,físicas y biológicas.

• Actualmente, el área afectada porMg2+ en el valle del río Cauca no seconsidera sujeta a un problemasalino en los estudios de suelos:solamente se menciona en éstos surelación Ca:Mg invertida. Estasituación dificulta mucho el manejode estos suelos, la política sectorialsobre ellos y el diseño de planes dedesarrollo de la región.

Referencias

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95

Degradación del Suelo en Zonas de Agricultura Comercial

CAPÍTULO 7

Degradación del Suelo en Zonas deAgricultura Comercial

Hugo E. Castro F.*

Resumen

La agricultura comercial se desarrolla enColombia, generalmente, en áreasplanas y en climas cálidos que vandesde el húmedo hasta el seco.Pertenecen a este tipo de agricultura loscultivos que exigen, para producir unrendimiento óptimo, muchos insumostécnicos, como semillas mejoradas,maquinaria, riego, plaguicidas,correctivos y fertilizantes. Varios deestos cultivos, como arroz, algodón,ajonjolí, maíz, sorgo, soya y caña deazúcar, extraen del suelo continuamentegrandes cantidades de nutrimentos. Espues necesario restituir estosnutrimentos para mantener el nivel defertilidad.

La pérdida física de suelo y demateria orgánica por erosión, lamecanización excesiva, el cultivocontinuo de arroz bajo inundación, laquema de residuos de cosecha, losinadecuados sistemas de riego ydrenaje, la alcalinización y lacompactación de áreas cultivadas sonlos problemas que más disminuyen

actualmente la productividad de la tierraen las áreas mencionadas.

Para superar esas limitaciones, hayque aplicar tecnologías modernas ysostenibles enfocando la producciónhacia los sistemas de rotación. Losprincipales factores de manejo de unsistema de producción, que influiríanfavorablemente en la productividad de latierra en beneficio de las generacionesfuturas, son los siguientes:

- elección de tipos de labranzaacordes con el desarrollo físicodel suelo;

- siembra e incorporación deabonos verdes en el intervaloentre los dos semestres agrícolas(intersemestre);

- adecuado manejo del agua en elarroz con riego y en el de secano;

- incorporación de los residuos decosecha para devolver al suelouna parte de los nutrimentosextraídos.

Este artículo presenta algunosresultados experimentales que sobreeste manejo del suelo ha obtenido elPrograma de Suelos del ICA, en elCentro de Investigaciones Agrícolas(CIA) Nataima, en Espinal, departamentodel Tolima, Colombia.

* I.A., M.Sc., Especialista en manejo de suelos.Anteriormente: Programa Nacional de Suelos,ICA; actualmente, Profesor asistente, Facultadde Agronomía, Universidad Pedagógica yTecnológica de Colombia, Tunja.

96


Introducción

La zona tropical cálida representa enColombia, aproximadamente, el 82%del territorio nacional (más de93 millones de hectáreas). En la franjacálida húmeda y en la cálida muyhúmeda se encuentra el 96% denuestras selvas y sabanas. La mayorintervención agrícola se hace concultivos comerciales de algodón, arroz,caña de azúcar, sorgo, soya, ajonjolí,maní y frutas tropicales, y ocurre en lafranja cálida subhúmeda y en la franjacálida seca.

Se reconoce actualmente que el usointensivo y mal dirigido a que haestado sometido durante años el sueloen las áreas agrícolas de los vallesinterandinos, de la región del Caribe yde los Llanos Orientales ha generadouna progresiva degradación física,química y biológica del suelo, que serefleja en la presencia de sistemasagrícolas cada vez menos sostenibles.

Los factores que, por ausencia deun buen manejo, han contribuido más aesta degradación son los siguientes:pérdidas de suelo por erosión, pérdidade materia orgánica (M.O.),mecanización excesiva, procesos desalinización y de saturación de sodio,monocultivo de arroz bajo inundaciónpermanente, quema de residuos decosecha e inadecuados sistemas deriego y drenaje.

Cualquier nueva tecnología para elmanejo del suelo debe basarse en elconcepto del sistema de producción; porconsiguiente, la rotación de cultivos esuna estrategia sostenible de laproducción agrícola concebida consentido conservacionista. Permite, enefecto, proyectar el uso de la tierra avarios semestres agrícolas,aprovechando el beneficio que ofrecenlas leguminosas como cultivos derotación o como abonos verdes. Estosse siembran (o incorporan) en elintersemestre, es decir, en el tiempo

comprendido entre la terminación deun semestre agrícola y el inicio delsiguiente.

El programa de suelos del CIANataima, una estación experimentalmanejada cerca a la población deEspinal, Tolima, ha evaluadoexperimentalmente el rendimientocomo respuesta significativa de loscultivos en sistemas de rotación. Esteartículo presenta los resultadosobtenidos en los cultivos de arroz ysorgo al cabo de 8 semestres agrícolasde rotación (1990B a 1994A).

Básicamente, esa información secentra en la aplicación de un modelo deproducción de cultivos en formasostenible para el trópico cálidocolombiano. Describe, además, laproblemática de la degradación delsuelo en zonas de agricultura comercialy los resultados experimentales de laproducción de arroz y sorgo en sistemasde rotación, incluyendo en éstos lasiembra de abonos verdes.

Problemática del Manejodel Suelo

En el trópico cálido colombiano, laagricultura se desarrolla en áreasplanas y en un 80% en condiciones dedéficit hídrico. Los suelos presentanun alto índice de degradación física,química y biológica, debidoprincipalmente a factores de malmanejo, de los cuales merecendestacarse los siguientes:

Mecanización excesivaLa sostenibilidad de la agricultura enla zona considerada sufre el efecto deluso inadecuado de la maquinariaagrícola, es decir, de la aplicaciónindiscriminada y de la falta de criteriosclaros sobre la respuesta de los suelos asu acción. En muchas áreas planas deTolima, Huila, los Llanos Orientales, elvalle del río Cauca y la región Caribe,

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la mecanización ha causado la pérdidaacelerada de la estructura del suelo yla aparición de capas compactas (pisosde arado, pisos de rastra), que limitanel crecimiento de las raíces y nopermiten el almacenamiento adecuadode agua en el subsuelo.

Asimismo, el elevado número depases de rastrillo que recibe un suelo yaarado, con el fin de ‘desterronarlo’,conduce al sellamiento oencostramiento superficial una vez quela lluvia ha actuado sobre laspartículas de suelo desprovistas decohesión estructural. Este fenómenono sólo aumenta la escorrentía y laerosión, sino que además impide laemergencia de las plántulas y reduce lapenetración del agua a través del perfildel suelo. Es, además, una de lasrazones de la baja producción dealgunos cultivos en Colombia.

Monocultivo del arrozEl carácter de explotación agrícola delarroz le ha permitido, en general,explotar el suelo arrocero con siembrascontinuas a gran escala durantemuchos años. Esta actividad, ademásde compactar y erosionar el suelo con lainundación, promueve una extracciónunilateral de nutrimentos y lapersistencia de malezas, plagas yenfermedades que hacen cada día másonerosos los costos de producción.

La especialización que se haadquirido en la producción de estecultivo ha influido en la decisión derotar a gran escala el área cultivadacon arroz, a pesar de que el mercadopara especies que alternen en larotación, como la soya, no seafavorable.

Pérdida de materia orgánicaLas áreas agrícolas del trópico cálidocolombiano han estado sometidas,durante más de 50 años, a siembrasintensivas de cultivos que extraen del

suelo grandes cantidades denutrimentos, especialmente denitrógeno.

En muchos suelos, el contenido deM.O. era, históricamente, superior al3.5%; actualmente tienen apenas un1%. Ha disminuido, por consiguiente,su potencial productivo y ha crecidocada día su dependencia de losnutrimentos de origen mineral,especialmente de los nitrogenados.

Las siguientes causas hanpromovido la disminución de la M.O.en los suelos mencionados:

• La tasa elevada de mineralizaciónde la M.O. que haya estadoexpuesta, en general, a la acción delos cultivos.

• La pérdida de estructura del suelopor la excesiva mecanización; elresultado es un suelo compactadoque facilita la erosión superficialhídrica y eólica.

• La máxima rentabilidad de latierra que siempre persiguen losagricultores, dejando de lado lasprácticas conservacionistas querestituyen el desgaste (ya seaquímico, físico o biológico) a que sesomete el suelo. Agravan estecuadro la quema que se hace de losresiduos de la cosecha, elinadecuado manejo del agua, y laausencia de leguminosas comoalternativa de rotación frente a laexplotación continua de loscereales.

• La notoria disminución de la M.O.del suelo y el efecto en éste de lainundación y de la compactaciónhan desactivado parcialmente laacción biológica del suelo.

Alcalinización del sueloEste factor ha limitado el uso del suelo,principalmente en las zonas agrícolasmás secas. Según el diagnóstico más

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reciente, en Colombia hay alrededor de600,000 ha afectadas por la presenciade sales o de sodio. Algunas de estasáreas son conocidas en el trópico cálidode las regiones antes mencionadas.

Generalmente, los procesos dealcalinización pueden explicarse por lapresencia en el suelo de sales solubles(bicarbonatos, sulfatos, carbonatos,etc.) de sodio y magnesiointercambiables que dominan elcomplejo de cambio, y de carbonatos ysales de sodio en combinación. Estosproblemas químicos han sido inducidos,generalmente, por la falta de undrenaje eficiente que evacúe las aguasde riego en un distrito de riego. Enotros casos, la explicación está en lacomposición mineralógica del materialoriginal del suelo o en el ascenso deaguas freáticas ricas en calcio,magnesio, potasio y sodio.

Recomendaciones parael Manejo Sostenible delSuelo en la Agricultura

Comercial

Los resultados del ICA que se discutenenseguida corresponden a la década1983-1993.

Selección del sistema delabranzaEl crecimiento de las raíces afecta laeficiencia de las plantas para absorberel agua y los nutrimentos del suelo. Deesta eficiencia dependerá, en granparte, la expresión del potencialgenético de producción vegetal queposeen las semillas. Ahora bien, elsuelo debe ofrecer a las raíces de lasplantas las características adecuadaspara que se cumpla este proceso.

No todos los suelos presentan elmismo desarrollo físico; es necesario,por tanto, seleccionar el sistema delabranza más apropiado tanto para las

características físicas del suelo comopara los requerimientos de la especieque se plantará. En otras palabras, noconviene aplicar el mismo método delabranza a todos los suelos y cultivos.

Es recomendable que, antes decualquier siembra, se examine el suelomediante calicatas (dimensiones:1 x 1 x 1 m) en sitios representativosdel lote, con el fin de visualizar yevaluar algunas propiedades físicas delsuelo; esta evaluación permitirá definirtécnicamente el tipo de laboreocompatible con el grado de desarrollofísico del suelo. Las propiedades físicasmás importantes para evaluar son:

• Profundidad disponible para elenraizamiento.

• Presencia de capas duras eimpermeables (clay-pan, hard-pan,pisos de arado, pisos de rastra,etc.).

• Color, que es índice del contenidode M.O., del grado deestructuración y de la porosidad.

• Actividad de macroorganismos(presencia de lombrices, termitas,etc.).

• Textura: tipo y continuidad.

• Drenaje interno (presencia oausencia de moteados pardo-rojizosy grisáceos).

• Densidad aparente, que es índicedel grado de compactación.

• Nivel freático.

• Limitantes químicas: presencia dehorizontes cálcicos, salinos osódicos y concentración de aluminio(se conocen determinando el pHpor colorimetría en el campo).

Aunque pocos trabajos deinvestigación han evaluado losparámetros del suelo compatibles conlas exigencias técnicas en los sistemas

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de preparación del suelo, el Programade Suelos del ICA presenta (Cuadro 1)una aproximación a este problema, esdecir, los posibles criterios con que seelegiría la labranza apropiada según elgrado de desarrollo físico que presenteel suelo. Estos criterios se apoyan enlas investigaciones realizadas en elCIA Nataima sobre labranza profunday en los trabajos de tesis llevados acabo en Tibaitatá por estudiantes de laFacultad de Agronomía de laUniversidad Jorge Tadeo Lozano, deSantafé de Bogotá.

Manejo de los residuos decosecha

El interés por evitar las pérdidas desuelo y por mantener la fertilidad delsuelo a largo plazo ha dado inusitadaimportancia al aprovechamiento de losresiduos vegetales que deja laoperación de cosecha en la superficiedel terreno; el objetivo final es dar unmanejo conservacionista y sostenible alsuelo. La mayoría de los especialistasconcuerdan actualmente en que unsistema de labranza se considera

Cuadro 1. Criterios para seleccionar el sistema de labranza más apropiado al grado de desarrollo físico de unsuelo.

Característica Labranza cero y Labranza Labranza en Labranzadel suelo siembra directa convencional caballones profunda

reducida

1. Profundidad > 60 cm > 60 cm Limitante Limitante deefectiva de (texturas finas) profundidadlas raíces (capas duras e

impermeables)

2. Cambios No existen Leves a Texturas finas Contraste;abruptos de moderados hasta 60 cm textura abruptatextura(0-60 cm)

3. Grado de Fuerte Moderada a Tendencia a Débil (compactación)estructura fuerte masiva

4. Consistencia en Friable Friable a Muy firme Firme a sueltahúmedo firme

5. Porosidad total 50-60 40-50 35-40 < 35

6. Drenaje interno Moderado a Moderado a Lento Moderado arápido rápido lento

7. Densidad < 1.2 < 1.5 > 1.5 > 1.5aparente(g/cm3)

8. Espacio aéreo, 10-12 10-12 < 10 < 10macroporos (%)

9. M.O. (%) Alta Intermedia a Intermedia a Bajaalta baja

10. Presencia de Abundantes Regulares Pocas Pocaraíces (0-60 cm)

11. Orden Molisoles, Molisoles, Vertisoles, Alfisoles,taxonómico Andisoles, Andisoles, Alfisoles Vertisoles,del suelo Inceptisoles, Inceptisoles, Inceptisoles,

Oxisoles Oxisoles Oxisoles

FUENTE: Castro (1995).

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conservacionista cuando incorpora alsuelo el 76% de los residuos del cultivoanterior. La cantidad de residuosproducidos por un cultivo anteriordepende de su rendimiento y de lanaturaleza de la especie cultivada(Cuadro 2). El uso de los residuos decosecha (como cobertura oincorporados) trae los siguientesbeneficios:

• Mitiga el impacto de las gotas delluvia que, sin la cobertura vegetal,golpearían directamente lasuperficie desprendiendo partículasde suelo.

• Evita o reduce el efecto compresorcausado por las gotas de lluvia,mejorando así las tasas deinfiltración y el almacenamiento deagua en el suelo.

• Reduce la velocidad deescurrimiento del agua y sucapacidad de arrastrar laspartículas desprendidas del suelo.

• Controla la erosión del vientoporque reduce la velocidad de ésteen la superficie del suelo, evitandoasí que gran parte de la fuerzadirecta del viento llegue hasta laspartículas erosionables; atrapaademás las partículas del suelo enmovimiento.

• Restituye parcialmente al sueloalgunos nutrimentos químicos; porejemplo, el potasio extraído por los

cereales o el nitrógeno que aportael cultivo de leguminosas.

Se ha medido experimentalmentela capacidad de restitución denutrimentos al suelo a partir deresiduos vegetales incorporadosinmediatamente después de la cosecha(Cuadro 3). Los datos corresponden aexperimentos sobre rotación de cultivosdesarrollados durante 4 años en el CIANataima, en Espinal, Tolima.

Rotación de cultivos y abonosverdesAunque se conocen las grandesventajas que ofrecen la rotación decultivos y los abonos verdes a laproducción sostenible de un cultivo, la

Cuadro 2. Cuantificación de los residuos secos dejados por algunos cultivos después de la cosecha, en losexperimentos sobre rotación de cultivos hechos en el CIA Nataima, en Colombia.

Cultivoa Relación Residuos (t/ha)c Promediograno:residuob N0 N50 N100 N150

(t/ha)

Arroz 1:2.5 5.0 9.1 15.6 16.8 11.6

Sorgo 1:4.5 12.4 16.0 20.1 23.2 17.9

Soya 1:1 2.4 2.7 3.4 3.5 3.0

a. Variedades: Oryzica-3, Icaima, Soyica N-22.b. Aportes de raíces, tallos, hojas.c. Aportes según el nivel de fertilización nitrogenada aplicado en el cultivo.

Cuadro 3. Capacidad de restitución denutrimentos al suelo mediante laincorporación de residuos de cosecha, enlos experimentos sobre rotación decultivos del Programa de Suelos delICA. CIA Nataima, en Colombia.1991-1993.

Tipo de Nutrimentos aportadosresiduo (kg/ha)

N P2O5 K2O Ca Mg S

Tamo de 35 20 120 18 12 6arroza

Residuos de 67 67 147 43 27 10sorgob

a. Son 9 t/ha, provenientes de una cosechapromedio de 6 t/ha de arroz en cáscara (paddy).

b. Son 12 t/ha, provenientes de una cosechapromedio de 3 t/ha de sorgo en grano.

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aplicación de ambas prácticas en laagricultura colombiana es muylimitada. Además, en muy pocasinvestigaciones se han cuantificado losbeneficios agronómicos, ecológicos y deconservación del suelo que ofrecen esasprácticas de manejo.

Justificación y ensayos. Elincremento en los costos de producciónde casi todos los productos agrícolas delas regiones mencionadas (vallesinterandinos, Llanos Orientales y elCaribe) ha hecho necesaria la rotaciónde cultivos para lograr dos propósitos:amortiguar el impacto de malezas yenfermedades y reducir el costo de lafertilización (con el nitrógeno de lasleguminosas que rotan o se incorporancomo abono verde). Estas prácticasson hoy la mejor alternativa paraaumentar la productividad del suelo ydisminuir los efectos que ejerce en ésteel monocultivo.

La incorporación de abonos verdeses, hasta donde las condiciones dehumedad lo permiten, unacontribución económica y eficaz almejoramiento de la fertilidad delsuelo. La importancia de ciertasleguminosas como abonos verdesderiva de las siguientescaracterísticas:

- son una fuente de nitrógenolenta y duradera;

- liberan y movilizan losnutrimentos del suelo;

- mejoran las condiciones dehumedad del suelo;

- incrementan la actividadmicrobiana;

- defienden el suelo contra laerosión.

En 1990 se estableció en el CIANataima un experimento sobrerotación de cultivos y uso de abonosverdes, con el fin de conocer dosefectos:

- la tendencia del rendimiento devarios cultivos cuando sesembraban en rotación;

- el influjo favorable que podíancausar los abonos verdes en laeconomía del nitrógeno.

Se evaluaron los tipos de rotaciónmás comunes en el valle del AltoMagdalena (departamentos de Tolimay Huila), y se tomó como testigo elmonocultivo de las especies ensayadas,en el mismo sitio y durante un tiempoprolongado. Se ensayaron lassiguientes variedades:

de arroz, la variedad Oryzica 3; dealgodón, Gozzica N23; de sorgo,Icaima; de soya, Soyica N22; y comoabono verde, Crotalaria juncea L.

Los factores constantes de laexperimentación fueron la fertilizaciónfosfórica y potásica y los elementosmenores, en cantidades de 23 kg/ha deP2O5, 30 kg/ha de K2O y 10 kg/ha deBorozinco 240G, respectivamente. Laincorporación de residuos de cosecha altérmino de cada semestre agrícola setomó también como factor constante demanejo. La única variable defertilización fue el nitrógeno, en dosisde N0, N50, N100 y N150 para cada una delas cuatro rotaciones, respectivamente.

Resultados. Los Cuadros 4 y 5muestran los resultados obtenidos enlos sistemas de producción de arroz ysorgo en rotación.

Se observa en el Cuadro 4 que seobtuvieron los mayores rendimientosde arroz paddy —en cada uno de losniveles de nitrógeno estudiados—cuando se sembró el arroz después deincorporar, entre los 2 semestres, unabono verde (C. juncea). En esteensayo fue posible incrementar elrendimiento de arroz paddy en1.25 t/ha con respecto al monocultivodel arroz, en el lote en que se habíasembrado sorgo. En el lote en que sehabía sembrado soya, el rendimiento

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del arroz ocupó el segundo lugar ysuperó al monocultivo en todos losniveles de nitrógeno, excepto en el N150.Producir arrroz después de soya en elmismo lote representó un incrementode 0.6 t/ha de paddy con respecto almonocultivo arroz-arroz del ensayo derotación. No se registraron diferenciassignificativas estadísticamente en elrendimiento del arroz en los lotesprovenientes de siembras de arroz o desorgo.

Los mayores rendimientos desorgo, en cada uno de los niveles de

nitrógeno estudiados, se obtuvieroncuando se sembró sorgo después deincorporar, entre los 2 semestres, unabono verde (C. juncea) en lotes en quese había sembrado antes arroz(Cuadro 5). El promedio de losaumentos de rendimiento con respectoal monocultivo sorgo-sorgo es de1.2 t/ha. El rendimiento de sorgo en ellote en que se había sembrado soyaocupó el segundo lugar en este ensayode rotación, y superó significativamenteal monocultivo en todos los niveles denitrógeno, excepto en el de N150 en que

Cuadro 4. Producción de arroz (variedad Oryzica 3) en rotación con otros cultivos. Resultadosexperimentales del Programa de Suelos del ICA en el CIA Nataima, en Colombia, entre 1990B y1993B.a

Sistema de rotación Rendimiento de arroz paddy Rendimiento(kg/ha)b con: según sistema

(kg/ha)Sem. A Intersem. Sem. B N0 N50 N100 N150

Arroz Arroz 2432 4300 5427 6263 4605 c

Sorgo Arroz 2655 4885 5383 6222 4786 c

Soya Arroz 2817 5041 6582 6245 5171 b

Sorgo Crotalaria Arroz 3114 5894 6883 7193 5848 a

Rendimiento según 2829 c 5030 b 6069 a 6481 aniveles de nitrógeno

a. C.V. = 8.8%; DMS0.05 para rotaciones = 475 kg; DMS0.05 para nitrógeno = 475 kg; Intersem. =Intersemestre.

b. Con 15% de humedad.

Cuadro 5. Producción de sorgo (variedad Icaima) en rotación con otros cultivos. Resultados experimentalesdel Programa de Suelos del ICA en el CIA Nataima, en Colombia, entre 1990B y 1993B.a

Sistema de rotación Rendimiento de sorgo Rendimiento(kg/ha)b con: según sistema

(kg/ha)Sem. A Intersem. Sem. B N0 N50 N100 N150

Sorgo Sorgo 1769 2524 3341 3914 2887 c

Arroz Sorgo 1861 3018 3461 3561 2875 c

Algodón Sorgo 1934 2879 3828 4137 3194 c

Soya Sorgo 2908 3370 4102 4158 3634 b

Arroz Crotalaria Sorgo 3416 4037 4258 4524 4059 a

Rendimiento según 2378 c 3166 b 3798 a 4059 aniveles de nitrógeno

a. C.V. = 10.11%; DMS0.05 para rotaciones = 401 kg; DMS0.05 para nitrógeno = 337 kg; Intersem. =intersemestre.

b. Con 15% de humedad.

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los rendimientos fueron similares.Producir sorgo después de soya en elmismo lote representa un incrementopromedio de 0.75 t/ha con respecto almonocultivo sorgo-sorgo del ensayo derotación. El rendimiento de sorgodespués de algodón en la rotaciónocupó el tercer lugar, y superósignificativamente al monocultivosorgo-sorgo en el nivel N100. No seobservaron diferencias significativasestadísticamente entre el rendimientode sorgo obtenido en lotes provenientesde cultivos de arroz o de sorgo(monocultivo).

En cuanto a la economía delnitrógeno, es posible ahorrar hasta100 kg/ha de N sin afectar elrendimiento del sorgo cuando sesiembra este cereal en lotes en que sehabía incorporado un abono verde.Este resultado se observa, por ejemplo,comparando el rendimiento en losniveles N0 y N50 de las parcelas en quese incorporó crotalaria (rotaciónalgodón-crotalaria-sorgo) con elobtenido en los niveles N100 y N150,respectivamente, del monocultivosorgo-sorgo. Se ahorran igualmente50 kg/ha de N cuando en los lotes se hasembrado antes soya; compárense, porejemplo, los niveles N50 de soya-sorgo(3370 kg/ha) y N100 de sorgo-sorgo(3341 kg/ha): se obtuvo igualrendimiento con menos N, en el primercaso.

En el monocultivo sorgo-sorgo —yen las rotaciones algodón-sorgo y arroz-sorgo— hay una respuesta positiva delsorgo al incremento gradual del N, quecesa al pasar al nivel de 150 kg/ha deN. Estas dos últimas rotaciones nogeneran una economía de nitrógenorespecto al monocultivo sorgo-sorgo enninguna, prácticamente, de lascomparaciones que se hagan entreniveles de N aplicados. En cambio, laincorporación de abonos verdes y larotación con soya sí economizannitrógeno de fertilización, como secomentó antes.

Conclusiones

Una interpretación del rendimientoobtenido de arroz y de sorgo en lossistemas de rotación evaluados revelaen ambos cultivos la misma tendencia,es decir, la superación espectacular delrendimiento cuando se cultivandespués de incorporar abonos verdes alsuelo o en rotación con soya.

El ensayo demuestra que las dosprácticas permiten manejar estoscultivos dentro de un sistema deproducción sostenible desde el punto devista ecológico y económico.

El siguiente cuadro presenta unmodelo sostenible de manejo integraldel suelo, es decir, que incluya todossus componentes:

Componente físico Componente químico Componente biológico

Técnicas de labranza apropiadas

Manejo de residuos de cosecha

Incorporación de abonos verdes

Uso de coberturas del suelo

Rotación de cultivos

Adecuado manejo del riego ydel drenaje

Control de la erosión

Aprovechamiento de lafertilidad natural del suelo

Restitución de nutrimentos al suelo

Selección de genotipos adaptados abajos niveles de fertilización

Fertilización eficiente:- Dosis adecuada- Epocas de aplicación- Selección de fuentes- Métodos de aplicación

Mejorar el contenido de M.O.

Biofertilización

Fijación del nitrógeno

Hongos de micorrizas

Compostajes

Humificación

Materiales de actividadbiológica (estiércol,abonos verdes)

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Referencias

Amézquita, C. E. 1988. Algunasconsideraciones agroclimáticas yedáficas para el manejo integral delsuelo. Instituto ColombianoAgropecuario (ICA), Santafé deBogotá. 35 p. (Multicopiado.)

Castro, F. H. 1992. Producción de arroz ensistemas de rotación. En: Taller sobreManejo de los Recursos Suelo-Agua.Instituto Colombiano Agropecuario(ICA) y Fedearroz, Distribución RíoRecio, Lérida (Tolima), Colombia.p. 37-51.

Castro, F. H. 1993. La agriculturaempresarial y sus efectos en ladegradación del suelo. Revista FlashUniversitario. Vol. 11, no. 45.

Castro, F. H. 1995. Bases técnicas para elconocimiento y manejo de los suelosdel valle cálido del Alto Magdalena.Manual técnico. Programa de Suelos,Corporación Colombiana deInvestigación Agropecuaria(CORPOICA), CIA Nataima, Espinal(Tolima), Colombia.

Castro, F. H. y Amézquita, C. E. 1991.Sistemas de labranza y producción decultivos en suelos con limitantesfísicas. Suelos Ecuat. 21(1):21-28.

Gutiérrez, P. D. 1988. Efecto de la rotaciónde cultivos y de los abonos verdes enla producción de arroz. Suelos Ecuat.18(1):113-118.

ICA (Instituto Colombiano Agropecuario).[1987, 1988, 1990, 1991, 1995].Informe anual de actividades delPrograma Regional de Suelos. CIANataima, Espinal (Tolima), Colombia.(p.v.)

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