JOBBAGY et al 2007 - Mundo agro

Dinámica de napas y riesgo de inundación:
Influencias y efectos en la variabilidad de los cultivos
Esteban Jobbágy (1), Gustavo Sznaider (2,3), Marcelo Nosetto (1), Roxana Aragón (1,2)
Guillermo Mangas (4), Santiago de Forteza (4)
1. Grupo de Estudios Ambientales – Universidad Nacional de San Luis & CONICET
2. Cátedra de Métodos Cuantitativos Aplicados – FAUBA
3. Geo Agris SRL
4. LIAG Argentina SA
Introducción
El agua que circula a través de los sistemas agrícolas es uno de los determinantes
principales de su producción y su nexo con los sistemas hidrológicos. En las llanuras
sedimentarias este nexo puede ser recíproco, existiendo la posibilidad de intercambio mutuo
de agua y sales entre la napa freática y los agroecosistemas. Si bien esta vinculación
influencia el riesgo y las oportunidades de la agricultura en la llanura chaco-pampeana su
incorporación en el análisis de sus sistemas de producción es incipiente. ¿En qué medida la
posición de las napas freáticas afecta (positiva o negativamente) la productividad de los
agroecosistemas? ¿Puede la actividad agrícola afectar la dinámica de las napas,
transformándose en un agente de control hidrológico que modifica (positiva o
negativamente) el ambiente que la sustenta? Este trabajo explora estas preguntas
identificando los mecanismos de conexión entre napas y cultivos y resaltando los riesgos y
oportunidades que presentan para la producción en dos grandes áreas: la Pampa Central y
el Bosque Chaqueño.
Relación clima-napa-cultivo
Si bien el clima, fundamentalmente la precipitación, es el determinante principal de la
disponiblidad de agua en los agroecosistemas chaco-pampeanos y por lo tanto una de las
variables que mejor explica su productividad en el espacio y el tiempo (Verón y Paruelo
2002, Figura 1 – flecha 1), en vastos sectores de la llanura las redes de escurrimiento
superficial son pobres y los efectos de la precipitación sobre los sistemas agrícolas son
mediados por el sistema hidrológico subterráneo (Figura 1 - flechas 2+3). En las últimas
décadas este “filtro hidrológico” sobre el clima se ha manifestado como un efecto negativo y
abiertamente reconocido sobre la producción agrícola pampeana a través de inundaciones y
anegamientos de largo plazo. Menos conocido y comprendido es, sin embargo, el efecto
positivo que los aportes de agua freática a los cultivos pueden ejercer en épocas de sequía.
En paisajes muy planos que albergan sistemas freáticos de lenta evacuación hacia ríos
como la Pampa Central o el Bosque Chaqueño, los agroecosistemas pueden a su vez
influenciar los niveles de napa al regular la alimentación del sistema freático (recarga) y en
algunos casos su evacuación (descarga) (Figura 1 – flecha 4). El tipo de cubierta vegetal y
su manejo determinan la fracción de la precipitación incidente que regresa a la atmósfera vía
evapotranspiración y por lo tanto el remanente que drena por debajo del nivel de raíces o
escurre superficialmente para infiltrarse y generar recarga freática. Cuando el nivel del
sistema freática es alto y las raíces pueden acceder a ella, la vegetación también puede
regular la descarga freática al absorber y transpirar agua de las napas (Jobbágy y Jackson
2004). Identificar, comprender, y en lo posible gobernar, estas interacciones recíprocas es
una de las claves del manejo sustentable de la producción en nuestras llanuras,
especialmente en el contexto de la intensa variabilidad climática que posiblemente
experimentarán en las próximas décadas.
precipitación
2
1
3
agua
freática
cultivo
4
factibilidad y
rendimiento
Figura
1.
Esquema
de
interacciones
entre
clima,
hidrología y agroecosistemas en
áreas de llanura. Las napas
median la interacción clima –
cultivo tanto en épocas húmedas
por anegamiento e inundación,
como en épocas secas por
aporte de agua suplementario. El
sistema freático puede a su vez
ser influenciado por la cobertura
del suelo y su manejo.
El agua freática y las inundaciones pampeanas
Las inundaciones de mayor duración y extensión geográfica en la región pampeana
se asocian al ascenso gradual de niveles freáticos. Si bien las grandes crecientes de ríos y
arroyos, especialmente en el litoral y en la pampa ondulada, inundan en forma muy intensa
grandes áreas, lo hacen por lo general por períodos cortos. Las inundaciones de la Pampa
Central, en cambio, suelen instalarse por períodos prolongados afectando en ocasiones los
resultados de varias campañas sucesivas. Este tipo de inundaciones explican porqué los
departamentos más altos de la Pampa Central han visto avanzar el área cultivada
sostenidamente durante las últimas tres décadas, acompañando al aumento de las
precipitaciones (y posiblemente a otros incentivos económicos y tecnológicos), mientras que
sus vecinos más bajos han mostrado una reducción del área cultivada en los años más
lluviosos, coincidente con el ascenso de niveles freáticos y la expansión de las áreas
cubiertas por agua (Viglizzo y Frank 2006). Es útil reconocer que estas inundaciones
admiten cierto grado de pronóstico porque responden a un proceso acumulativo de excesos
hídricos de escala plurianual (Figura 2), como sugiere la serie temporal de niveles freáticos
de Anguil en La Pampa, donde los niveles responden a la precipitación acumulada del año
presente y los tres anteriores y podrían ser anticipados aceptablemente en función del nivel
del año anterior. El desarrollo de sistemas de “alarma freática” aún no ha comenzado, pero
el mejoramiento de redes de freatimetría y el análisis de la información histórica existente
podrían hacerlos factibles a un bajo costo. Estos sistemas, como vemos en la siguiente
sección deberían considerar en forma explícita el papel de los agroecosistemas regulando
los niveles.
1200
800
Profundidad
(m)
2005
2003
2001
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1977
0
1975
400
1973
Precipitación
(mm!año)
Figura 3. Dinámica de la precipitación anual (barras) y de su media móvil de cuatro años
en Anguil (La Pampa). El panel inferior muestra la dinámica del nivel freático en esta
localidad. El nivel freático muestra un mejor correlación con la precipitación de los últimos
cuatro años (r=0.80) que con la del anterior (r=0.53) o el presente año (r=0.46), sugiriendo
una respuesta con retrasos que admite cierto grado de pronóstico
-2
-4
-6
-8
.
El agua freática como recurso en la Pampa Central
Para la agricultura de secano resulta muy valiosa la posibilidad transferir los excesos
de agua de épocas lluviosas a tiempos de sequía. En forma limitada esta transferencia
puede lograrse manejando el almacenamiento del perfil de suelo, sin embargo las napas
freáticas pampeanas la extienden al ofrecer una “segunda oportunidad” de aprovechar lluvia
no utilizada, no sólo de una campaña hacia las siguientes, sino también desde sectores con
baja evapotranspiración, como lomas arenosas, a áreas más bajas del paisaje. El consumo
de agua freática por las plantas tiene lugar cuando la zona de ascenso capilar ubicada por
encima de la napa es alcanzada por raíces de plantas que experimentan déficit hídrico en
estratos más superficiales del suelo. La potencialidad de este aporte depende de varios
factores, entre los que se destacan 1) profundidad de napa y de raíces, definiendo la
distancia fuente-destino, 2) textura del suelo, condicionando su capacidad de transporte
capilar en el perfil y saturado en el acuífero y 3) salinidad del agua, restringiendo su posible
absorción. Una gran parte de la región pampeana presenta condiciones óptimas para el
consumo freático (napas superficiales, sedimentos limosos-arenosos finos, aguas freáticas
de recarga con baja salinidad). Estas condiciones, posiblemente aprovechadas por muchas
décadas en la producción de alfalfa en la Pampa Central, se han visto fuertemente
evidenciadas en la producción de granos durante las últimas campañas secas (2003-2006) a
través de rendimientos excepcionales pero heterogéneos en el S de Córdoba, NO de
Buenos Aires y NE de la Pampa (Figura 3a). Anticipar que sectores de un establecimiento
pueden recibir contribuciones freáticas permite potenciar ese aporte con mayores
aplicaciones de insumos. En “El Consuelo” estimamos que el aporte freático ha contribuido a
generar un 25-45% de los rendimientos de maíz y soja de la campaña 2005-2006 y que la
Figura 3. A - Mapa de rendimientos en un lote de 160 Ha en el estableciemiento “El
Consuelo” en Vicuña Mackenna (Córdoba). En 2005-2006 (seco), el cultivo de maíz mostró
rendimientos 3 a 5 veces más elevados en los bajos que en las lomas. Estas diferencias se
diluyeron en 2006-2007 (húmedo). B – El consumo de agua freática dejó su impronta en la
salinidad de la napa (medida el 11/11/06) en seis transectas topográficas del
establecimiento, con mayor salinidad a menor profundidad y mayor consumo.
Maiz, 2005-2006 (qq/Ha)
salinidad del agua (uS/cm)
> 152
143
125
107
89
71
53
35
17
<8
400
1
Soja, 2006-2007 (qq/Ha)
> 62
58
51
44
37
< 30
B
profundidad de napa (m)
A
2
3
4
5
600
800
1000
1200
aplicación variable de insumos orientada a elevar las densidades de siembra y la fertilización
solamente en las zonas con acceso a napas ha permitido ahorrar 11 USD/Ha con respecto
su aplicación generalizada en la totalidad de los lotes. La agricultura de precisión surge
como una herramienta capaz de identificar áreas subsidiadas por el sistema freático y de
manejarlas en forma diferencial para expresar su potencial.
El recurso freático no debe percibirse como una fuente ilimitada y constante ya que
su presencia a profundidades accesibles y el mantenimiento de niveles de salinidad
aceptable depende del balance entre los excesos hídricos y el consumo. La ocurrencia de
sequías sostenidas durante varios años (o el establecimiento de cultivos perennes de muy
alto consumo de agua como las forestaciones) puede llevar a que este balance sea negativo
y provoque un descenso gradual de las napas (ver Figura 2), privando de su influencia
positiva a sectores crecientes del paisaje. Por otro lado, bajo las mismas situaciones, el
consumo freático sostenido lleva a la acumulación de sales como resultado del desacople
de la absorción de agua y de solutos (exclusión)(Figura 3b). La acumulación de sales en las
aguas freáticas limita su utilidad para los cultivos en función de su tolerancia a la salinidad y
sólo se revierte tras el lavado de los perfiles y dilución por recarga pluvial (Jobbágy y
Jackson 2004). La napa freática es entonces un recurso especialmente importante en la
transición de periodos húmedos, que elevan su nivel, a periodos secos, que fomentan su
consumo. Si estas sequías persisten por mucho tiempo este recurso deja de ofrecer un
aporte significativo por descenso de nivel y/o salinización, sin embargo, ante sequías
intermitentes actúa como un valioso amortiguador. Del mismo modo, la napa freática
vehiculiza agua (y posiblemente nutrientes) desaprovechados en ambientes de bajo
potencial como lomas excesivamente drenadas (altos medanosos) hacia media lomas y
bajos de mayor potencial (Figura 3a).
Manejo del sistema freático pampeano
Hemos visto que las napas freáticas pueden mostrar dos caras a la agricultura, la
amortiguación de sequías y la inundación. Proponemos que el aprovechamiento activo de la
primera (oportunidad) puede ayudar a regular la segunda (riesgo). En llanuras con pobre
drenaje superficial y bajas pendientes resulta difícil evacuar excesos hídricos por sistemas
de canalización y cabe revisar el papel que el manejo de la evapotranspiración puede
cumplir como control. El consumo de agua de napas puede proveer el doble beneficio de
aumentar la producción primaria y controlar los niveles de napa máximos. ¿Qué prácticas
agronómicas pueden estimular este consumo? Reconocer ambientes bajos de alto potencial
y apostar a máximas producciones en ellos es uno de los caminos. Uso de especies y
cultivares de raíces profundas, altas densidades de siembra, cultivos de cobertura, ciclos
largos, intercultivo y fertilización más intensa fomentarán el uso de agua freática (Mueller et
al. 2005). La implementación variable de estas prácticas en bajos y lomas permite
aprovechar el agua freática sin desperdiciar insumos en áreas sin acceso a ella y en un
paso más avanzado, aplicar usos y rotaciones distintos por ambiente. Por último, la
búsqueda de sistemas de cultivo capaces de mantener altas productividades y tasas de
evapotranspiración en condiciones de incipiente anegamiento (e.g. forrajera Phalaris
arundinacea) ayudará a aprovechar zonas en las que las napas afectarían negativamente a
los sistemas de cultivo tradicionales, pero positivamente a especies más tolerantes a la
anoxia, contribuyendo a que el paisaje en conjunto evite ingresar en una situación más
generalizada de anegamiento. Este tipo de controles, sin embargo, no puede ejercerse a
partir iniciativas aisladas ya que la conectividad del sistema hidrológico llevará a equilibrar
niveles rápidamente con áreas adyacentes. Por ejemplo, si considerando las características
hidrogeológicas de la zona de “El Consuelo” al modelo de flujo subterraneo FLOWNET
representamos un descenso de niveles de napa de medio metro, mantendremos ese
desnivel por tres semanas si lo provocásemos en el centro de un lote de sólo 100 Ha, por
tres meses en un estableciemiento de 5000 Ha y por más de un año en un departamento de
160000 Ha.
Riesgos de largo plazo en el bosque chaqueño
Evidencia histórica de bosques secos (precipitación de 400-800 mm/año) que han
sido reemplazados masivamente por cultivos de secano en las llanuras del oeste y sudeste
australiano, del Sahel y del suroeste de las grandes planicies en Norteamérica, demuestra
aumentos de recarga capaces de producir anegamiento y salinización muchas décadas
después del desmonte. Estos bosques secos utilizan exhaustivamente los aportes de la
precipitación generando recargas prácticamente nulos (<5 mm/año). Su reemplazo por
cultivos causa reducciones en la evapotranspiración que generan fuertes aumentos en la
recarga y ascensos graduales en el nivel freático. En el oeste y sudeste de Australia, donde
este proceso fue iniciado más de un siglo atrás, el creciente drenaje profundo ha arrastrado
sales acumuladas durante milenios en el suelo muy profundo hacia la napas, que al alcanzar
la superficie, han transportado las sales y desencadenado una intensa salinización de
suelos. Por este proceso Australia ha perdido seis millones de Ha de tierras agrícolas,
superficie que amenaza con triplicarse para 2050 (NLWRA 2001). Un proceso similar se ha
documentado en el Sahel semiárido (Leduc et al. 2001) y en las planicies arbustivas del
noroeste de Texas y Nueva México (Scanlon et al. 2005). En este último caso el proceso
parece haberse atenuado parcialmente por la expansión posterior de sistemas de riego
abastecidos con agua subterránea. En la llanura chaqueña, análisis satelitales apoyan la
posibilidad de ascensos freáticos asociados a la agriculturalización, al indicar una caída de
la actividad fotosintética, directamente ligada a la transpiración, en bosques secos que han
sido reemplazados por cultivos (Paruelo et al. 2004). Puede preverse que estos cambios
sean acompañados por una disminución en la evapotranspiración y un aumento en la
recarga, como sugieren evidencias aún poco organizadas. Casos como el ascenso de más
de cinco metros en los últimos treinta años en el nivel de la laguna Mar Chiquita (Córdoba),
sin precedentes durante los últimos dos siglos y medio (Piovano et al. 2004), apuntan a una
tendencia de magnitud regional. Si bien estos cambios hidrológicos son simultáneos al
avance de la agricultura en la región, la causalidad puede también atribuirse al aumento
regional de las precipitaciones. Sin embargo, perfiles profundos de distribución de solutos y
humedad obtenidos en bosques secos de San Luis indican que a pesar de los aumentos en
la lluvia local (30% en cien años), los bosques han mantenido un drenaje profundo nulo
mientras que parcelas agrícolas vecinas han recargado sus perfiles de humedad hasta la
máxima profundidad muestreada (8 m)(Jobbágy, datos no publicados). La pobre red de
escurrimiento superficial de varias porciones de la llanura chaqueña y la presencia de
estratos profundos salinos permiten suponer un alto riesgo de deterioro de la productividad
agrícola por ascensos regionales de napa y salinización de largo plazo. Es necesario
explorar este riesgo y considerar posibles mitigaciones como el riego con aguas
subterráneas o la implementación de técnicas de cultivo que minimicen la recarga.
Referencias
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