Editada por Didáctica Ambiental S.L. e INVESTEA. Asociación para la Investigación en Educación Ambiental
Año 4 - nº 6. mayo 2007	ISSN: 1698-5893

MODELIZACIÓN DE LA EROSIÓN HÍDRICA EN LOS SUELOS. (Proyecto final del curso "El enfoque de sistemas en las CTMA")

Ferran Conill, Ana De Pablo. Tarragona

A la erosión de los suelos que se produce sin intervenciones antrópicas, se la denomina geológica o natural y lleva a los ríos sedimentos y nutrientes, mantiene el equilibrio sedimentario en los cauces y en las playas y conforma espacios muy fértiles como son los deltas o las llanuras aluviales. Normalmente, las tasas de este tipo de erosión son bajas.

Cuando el hombre altera estos procesos "naturales" se produce la erosión acelerada o antrópica, en la que las tasas son más elevadas. Este último término es el que está relacionado con la desertificación del territorio porque no es sostenible para el suelo, altera y degrada la vegetación, los flujos hídricos, la fauna, etc y no permite su regeneración (Cerdà, 2001; Rodríguez et al., 2004).

Actualmente la desertización antrópica constituye un de los más importantes impactos ambientales en nuestro planeta, en general, y de manera especial en nuestro país – en realidad en toda la cuenca mediterránea – debido a las características torrenciales de las precipitaciones que, como veremos, constituyen uno de los factores fundamentales en el proceso d’erosión edáfica.

Por otro lado el proceso de pérdida de suelo es un proceso dependiente de múltiples factores pertenecientes a distintos subsistemas (atmósfera, hidrosfera, pedosfera y biosfera) del sistema Tierra, que interactúan y que, a su vez, constituyen variables que dependen de otros factores.

Estas dos características hacen del proceso de erosión edáfica un magnífico ejemplo para ser estudiado en Ciencias de la Tierra desde un enfoque sistémico.

Factores que determinan la erosión y su modelización

El método más generalmente adoptado para cuantificar la erosión es la Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo (USLE) propuesta por Wischmeyer y Smith en 1978 (Casanova, sin fecha; Cerdà, 2001; Pando, 2003; Rodríguez et al., 2004) consistente en un modelo empírico, mediante el cual se pretende predecir las tasas de erosión de espacios geográficos uniformes a partir de los factores más relevantes. Por ello nuestro modelo se basará en esta ecuación.

donde:

A: pérdida de suelo, expresada, en el sistema métrico internacional, en Mg.ha-1.año-1.
R: Energía erosiva de la lluvia (MJ.mm.ha-1.h-1).
K: erosionabilidad del suelo [ (Mg.ha-1).(Mj.mm.ha-1.h-1)-1 ]
L: relación (adimensional) de pérdida de suelo originada por la longitud de la pendiente.
S: relación (adimensional) de pérdida de suelo originada por el gradiente de la pendiente.
C: relación (adimensional) de pérdida de suelo originada por el manejo y uso de la tierra (cobertura del cultivo, generalmente).
P: relación (adimensional) de pérdida de suelo originada por el uso de prácticas de conservación.

Factores introducidos en el modelo

• La precipitación (R): un factor fundamental de la erosión es el clima, del que destaca la lluvia por su capacidad de movilizar las partículas de los suelos. A mayor intensidad de la precipitación mayores son las gotas de lluvia y con ello su erosividad aumenta.

Existen diversos procedimientos para cuantificar este factor, entre lo cuales los más utilizados son los basados en curvas de regresión empíricas específicas de cada región de estudio (Martínez Ménez, 2005; Silva, 1992) y, sobre todo, los basados en la energía cinética de los aguaceros y la intensidad máxima en 30 minutos del aguacero (Casanova, sin fecha; López Bermúdez, 2002; Silva, 1992).
En cualquier caso, en nuestro modelo, por una cuestión de simplicidad y de la facilidad en la obtención de datos, usaremos el método de Young (Pando et al., 2003) que describe el factor asociado a la precipitación como la mitad de la precipitación media anual (l/m2).

• La erosionabilidad del suelo (K): expresa su resistencia ante la erosión, tanto al arranque como al transporte de partículas, y determinará las tasas de erosión. Textura y estructura son las propiedades más estudiadas para identificar los suelos en función de su susceptibilidad ante la erosión. La estabilidad de los agregados es un parámetro sintético que identifica la erosionabilidad del suelo. Un suelo que mantiene una buena agregación hace difícil el proceso de erosión porque las partículas se mantienen unidas y porque permite el flujo de agua en su interior. En cambio, cuando los agregados se dispersan, las partículas son fácilmente erosionables, se taponan los poros y el agua en lugar de infiltrarse fluye en superficie (Cerdà. 2001). Otros factores que influyen sobre la erosionabilidad de un suelo son su permeabilidad y su contenido en materia orgánica.

El factor K fue establecido originalmente al determinar las pérdidas de suelo en parcelas de erosión típicas (22,1 m de longitud, 9% de pendiente) y dividir este valor con el de energía erosiva de la lluvia (R) que les dio origen. Se trata de un factor difícil de determinar y que normalmente se obtiene a partir de tablas o nomograma empíricos.
En nuestro modelo hemos seguido el criterio de Silva (1992) que propone obtenerlo a partir de la siguiente ecuación:

K = 0,01317 [2,1 M1,14 10-4 (12-a) + 3,25 (b-2) + 2,5 (c-3)] / 100

donde:

M (Factor textural): (% arena muy fina y limo) · (100 – % arcilla).

a: % de materia orgánica.

b: Código de tipo de estructura (granular muy fina = 1; granular fino = 2; granular grueso a medio = 3; blocosa, laminar, masiva = 4).

c: Código del tipo de permeabilidad (rápida = 1; moderadamente rápida = 2; moderada = 3; lenta a moderada = 4; lenta = 5; muy lenta = 6).

• La pendiente (S) y la longitud (L) de la ladera también influyen sobre la tasas de erosión. Esto es evidente en los campos de cultivo como demuestran los trabajos para el desarrollo de la Universal Soil Loss Equation (USLE). Sin embargo, en suelos naturales, algunos autores no han encontrado ninguna relación entre la pendiente y la erosión, o bien esta ha sido más compleja de lo esperado (Cerdà, 2001). En todo caso, la USLE aplica el concepto según el cual cuanto mayor es la pendiente de la parcela mayores volúmenes de sedimentos se recogen en su base. Igualmente hay evidencias que demuestran que la tasa de erosión es mayor cuanto mayor es la longitud de la pendiente (Cerdà, 2001).

En nuestro modelo hemos unificado ambos parámetros(S y L) en un único Factor Topográfico (FT), siguiendo el criterio Martínez Ménez (2005), que propone calcularlo mediante la ecuación:

FT = L0.5 · (0.0138 + 0.00965 S + 0.00138 S2)

donde la longitud, L, está expresada en m y la pendiente, S, en %.

• La cubierta del suelo (C): determina las tasas de erosión al reducir el impacto de las gotas de lluvia y facilitar la infiltración. Además, una vez originada la escorrentía superficial, esta cubierta será la que reduzca la velocidad de la arroyada y su capacidad erosiva, favoreciendo con ello la infiltración. La vegetación es la cubierta más eficiente, ya que además de lo comentado anteriormente, favorece la mejora de la porosidad del suelo, aumenta su materia orgánica, estabiliza los agregados, etc. (Cerdà, 2001). Por todo ello es un factor crítico en la retención del suelo.

El factor C varia su valor entre 0 y 1 y disminuye a medida que aumenta la cobertura vegetal.

En nuestro modelo hemos introducido este factor como determinante en el flujo de retención del suelo, y su valor aparece el modelo como constante y debe ser introducido manualmente a partir de la siguiente tabla propuesta por el ICONA y citada por Rodríguez et al. (2004):

• Prácticas de conservación (P): si comentábamos al principio que la erosión antrópica había incrementado este proceso a valores insostenibles, este parámetro introduce directamente en la ecuación USLE, las medidas correctoras que el ser humano puede introducir en la planificación del territorio y usos del suelo, especialmente en el uso agrícola, para incrementar la retención de suelo y minimizar de este modo los efectos de la erosión.

Las prácticas incluidas en este término son: curvas de nivel, cultivos en faja (cultivos alternados sobre contornos), y terrazas.

El factor P se calcula como la razón entre las pérdidas de suelo con dichas prácticas y aquellas que ocurren cuando se cultiva en el sentido de la pendiente (Casanova, sin fecha). Su valor varia entre 0 y 1 y disminuye a medida que aumenta la eficacia de las medidas.

En nuestro modelo hemos introducido este factor como determinante en el flujo de retención del suelo, junto con la cubierta del suelo, y su valor aparece en el modelo como constante y debe ser introducido manualmente a partir de la siguiente tabla propuesta por Martínez Ménez (2005):

De acuerdo con lo expuesto proponemos el siguiente modelo (Fig. 1) para estudiar el proceso de erosión edáfica y predecir cuantitativamente la cantidad de suelo perdido, bajo diferentes condiciones climáticas, prácticas y estrategias de uso del suelo:

Fig. 1

Las variables auxiliares que aparecen en negro en la Fig. 2 correspondiente al mismo modelo, son constantes (que evidentemente varían para distintos escenarios) que hay que introducir manualmente cada vez que variemos las condiciones del escenario.

En el caso de la estructura, la permeabilidad, la cubierta vegetal y las prácticas de conservación, a partir de valores estandarizados, que cuantifican parámetros cualitativos, y que aparecen en las tablas explicadas anteriormente.

Y en el caso de la longitud y pendiente de la parcela, la precipitación media anual, y los % de arena, limo, arcilla y materia orgánica, se han de introducir directamente en cada escenario, los valores que nos interese estudiar el efecto que producen las características de un determinado clima y/o una determinada textura de suelo.

Fig. 2

Con el fin de que los alumnos tengan una referencia al simular distintos escenarios de la intensidad del proceso, tanto globalmente como de cada uno de los factores, se les proponen las siguientes tablas de referencia.

(Según Del Campo, A., A. Cabría y N. Buceta, 1994)

CLASE A - nula a ligera: En un sistema de producción agrícola sin participación de la ganadería los requerimientos en prácticas de manejo y conservación son mínimos y simples.

CLASE B - baja: En un sistema agrícola exclusivo son necesarias prácticas culturales simples y/o algunas prácticas vegetativas para controlar la erosión.

CLASE C- moderada: Necesita prácticas conservacionistas culturales, estructurales y vegetativas para mantener las pérdidas de suelo en un nivel tolerable en un sistema agrícola.
CLASE D - alta: No se puede practicar un sistema de producción exclusivamente agrícola. Requiere un manejo que incluya rotaciones con pasturas. Durante la fase agrícola necesita prácticas conservacionistas estructurales, culturales y vegetativas.

CLASE E - muy alta: La alta susceptibilidad a la erosión hídrica, obliga a mantener una vegetación permanente protectora del suelo (pasturas, forestales, cultivos perennes con prácticas estructurales y vegetativas).
(Según Irurtia y Maccarini, 1993)

(Según Casanova, sin fecha)

BIBLIOGRAFÍA

• Casanova, M. P. (sin fecha). “Conservación de suelos: predicción de la erosión hídrica vía modelo usle”.
• Cerdà, A. (2001). “La erosión del suelo y sus tasas en España”. Ecosistemas 3 (Septiembre-Diciembre).
• Del Campo, A., A. Cabría y N. Buceta. (1994). “Simulación del paisaje erosivo en el lago Chapala (Méjico). evaluación de la erosión mediante herramientas GIS”.
• Irurtia, C.B. y G.D. Maccarini (1993). “La erosión del suelo en la República Argentina”. Informe para la FAO. (<http://www.fao.org/docrep/T2351S/T2351S0b.htm#La%20erosión%20del%20suelo%20en%20la%20República%20Argentina>).
• López Bermúdez, F. (2002). “Erosión y desertificación. Heridas de la Tierra”. Nivola Libros y Ediciones. Madrid.
• Martínez Ménez, M. (2005). “Estimación de la erosión del suelo”. Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA). Méjico.
• Pando, M. et al. (2003). “Comparación de métodos en la estimación de erosión hídrica”. Investigaciones geográficas 51: 23-36.
• Rodríguez, M. F. et al. (2004). “Sistemas de Información geográfica en la evaluación de la erosión hídrica en Badajoz (España) aplicando la metodología usle”. Agronomía Trop. 54 (4, octubre).
• Silva, O. (1992). “Ecuaciones para evaluar, estimar y predecir la erosión hídrica”. VENESUELOS 3 (1): 7-13.