Departamento de Suelos - Universidad Autónoma Chapingo
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO DEPARTAMENTO DE SUELOS ANÁLISIS ESPACIAL GEOESTADÍSTICO PARA CARACTERIZAR LA SALINIDAD DE LOS SUELOS DEL EX LAGO DE TEXCOCO, MÉXICO TESIS Que como requisito parcial para obtener el título de INGENIERO AGRÓNOMO ESPECIALISTA EN SUELOS PRESENTA: MARTÍNEZ FERNÁNDEZ SANDRA ISABEL Chapingo, México, Abril de 2010 El presente trabajo de tesis titulado “Análisis Espacial Geoestadístico para Caracterizar la Salinidad de los Suelos del Ex Lago de Texcoco, México” fue realizado por la C. Sandra Isabel Martínez Fernández, bajo la dirección del Dr. Miguel Ortiz Olguín. Ha sido revisado y aprobado por el Comité Revisor como requisito parcial para obtener el título de: Ingeniero Agrónomo Especialista en Suelos Comité Revisor: Presidente ____________________________________ Dr. Miguel Ortiz Olguín Secretario ____________________________________ M.C. Alejandro I. Monterroso Rivas Vocal ____________________________________ Geól. Luis Velázquez Ramírez Suplente ____________________________________ Dr. Mateo Vargas Hernández Suplente ____________________________________ Ing. Filimón Martínez Bautista Abril de 2010 ii Agradecimientos Quiero expresar un profundo agradecimiento a quienes con su ayuda, apoyo y comprensión me alentaron a logar esta hermosa realidad. A Dios, por enseñarme el camino correcto de la vida, guiándome y fortaleciéndome cada día. A la Universidad Autónoma Chapingo y a mis maestros del Departamento de Suelos, por haberme brindado las facilidades para realizar mis estudios. Al Dr. Miguel Ortiz Olguín, quien como director de ésta tesis, me dió su apoyo y disposición durante el desarrollo de la misma. Así mismo, a los miembros del Comité Revisor por los cometarios realizados a este trabajo. A los Ing. Felipe Martínez, Marco A. Chávez, Miguel Peña y Abel Sánchez, por sus sugerencias y aportaciones que enriquecieron este trabajo, pero principalmente por su valiosa amistad. A mis compañeros de Suelos, por los momentos compartidos durante la carrera, donde crecimos como profesionistas, pero ante todo como personas. A todos y cada uno de los que han estado a mi lado y que no necesito nombrar porque tanto ellos como yo sabemos que desde lo más profundo de mi corazón les agradezco el haberme enseñado que no hay límites, que todo se logra con esfuerzo y dedicación. Gracias por confiar en mí... iii Dedicatoria Este trabajo de tesis lo dedico con todo mi amor y cariño a... Mis padres, que han creído y confiado siempre en mí, apoyándome en todas las decisiones que he tomado en la vida. Y por el amor que me brindan sin esperar nada a cambio. Mis hermanos Fernando y Gaby, que con su apoyo y alegría me dan la fortaleza para seguir adelante y superarme cada día. Mi sobrinito Derek, simplemente por existir y regalarme una sonrisa. Mi hermano Alex†, a mi tía Mary† y a mi querido amigo Manuel†, quienes, a pesar de ya no estar presentes, los llevo muy dentro de mi corazón y pensamiento. Los recordaré siempre. iv Índice General Índice de cuadros ............................................................................................................. vii Índice de figuras ............................................................................................................... vii Resúmen ......................................................................................................................... viii Abstract ........................................................................................................................... viii 1. Introducción ................................................................................................................... 1 2. Objetivos ........................................................................................................................ 3 3. Hipótesis ........................................................................................................................ 3 4. Marco Teórico ................................................................................................................ 4 4.1. Generalidades de los suelos afectados por sales ................................................... 4 4.1.1. Parámetros que caracterizan la salinidad ......................................................... 4 4.1.2. Parámetros que caracterizan la sodicidad ........................................................ 6 4.2. Formación de los suelos afectados por sales .......................................................... 7 4.2.1. Origen y fuentes de sales en los suelos ........................................................... 7 4.2.2. Suelos salinos .................................................................................................. 8 4.2.3. Suelos sódicos ................................................................................................. 9 4.2.4. Suelos salino-sódicos ..................................................................................... 10 4.3. Tipos de sales solubles en los suelos ................................................................... 11 4.4. Clasificación de los suelos afectados por sales ..................................................... 14 4.5. Efecto de la salinidad y sodicidad sobre las plantas ............................................. 17 4.5.1. Efectos Osmóticos ......................................................................................... 17 4.5.2. Efectos tóxicos ............................................................................................... 18 4.5.3. Efectos nutricionales ...................................................................................... 19 4.6. Adaptación de las plantas a la salinidad................................................................ 19 4.6.1. Tolerancia de las plantas a la salinidad .......................................................... 20 4.7. Efecto de las sales sobre las propiedades del suelo ............................................. 21 4.8. Medición de la salinidad en campo ....................................................................... 22 4.9. Manejo y Recuperación de suelos afectados por sales ......................................... 24 4.9.1. Recuperación de suelos salinos ..................................................................... 24 4.9.2. Recuperación de suelos sódicos .................................................................... 25 4.9.3. Recuperación de suelos salino-sódicos.......................................................... 26 4.10. Aspectos básicos de geoestadística.................................................................... 27 4.10.1. Definición ..................................................................................................... 27 4.10.2. Semivariogramas ......................................................................................... 28 v 4.10.3. Isotropía y Anisotropía.................................................................................. 30 4.10.4. Kriging .......................................................................................................... 31 4.11. Aplicación de la Geoestadística en la Edafología ................................................ 33 5. Descripción de la zona de estudio ............................................................................... 35 5.1. Ubicación .............................................................................................................. 35 5.2. Clima..................................................................................................................... 36 5.3. Geología ............................................................................................................... 37 5.4. Estratigrafía........................................................................................................... 38 5.5. Hidrología ............................................................................................................. 40 5.6. Suelos ................................................................................................................... 41 5.7. Fauna.................................................................................................................... 42 5.8. Vegetación ............................................................................................................ 43 5.9. Problemática ......................................................................................................... 43 6. Metodología ................................................................................................................. 44 6.1. Sitios de muestreo ................................................................................................ 44 6.2. Descripción del perfil de Suelo .............................................................................. 45 6.3. Análisis geoestadístico .......................................................................................... 46 6.4. Análisis Exploratorio de datos ............................................................................... 47 6.5. Semivariogramas .............................................................................................. 48 6.6. Mapas de distribución de la salinidad ................................................................ 48 7. Resultados y discusión ................................................................................................ 49 7.1. Resultados del análisis de laboratorio ................................................................... 49 7.2. Calibración del equipo EM-38 ............................................................................... 51 7.3. Análisis geoestadístico .......................................................................................... 52 7.3.1. Análisis Exploratorio de datos ........................................................................ 52 7.3.2. Semivariogramas ........................................................................................... 54 7.3.3. Mapas de distribución de la salinidad ............................................................. 57 8. Conclusiones ............................................................................................................... 63 9. Recomendaciones ....................................................................................................... 64 10. Literatura citada ......................................................................................................... 66 11. Anexos....................................................................................................................... 74 vi Índice de cuadros Cuadro 4.4-1. Clasificación de suelos con base a la CE y PSI ......................................... 15 Cuadro 4.4-2. Clasificación de suelos con base al grado de salinidad ............................. 15 Cuadro 4.4-3. Clasificación de suelos con base al grado de sodicidad ............................ 16 Cuadro 4.9-1. Tipos y características de los mejoradores ................................................ 26 Cuadro 5.1-1. Estratigrafía del Lago de Texcoco ............................................................. 39 Cuadro 5.1-2. Clasificación de los suelos según su grado de afectación ......................... 42 Cuadro 6.1-1. Análisis físicos del suelo............................................................................ 49 Cuadro 6.3-1. Análisis físico exploratorio estadístico de los datos de CEa ....................... 52 Cuadro 6.3-2. Parámetros geoestadísticos ...................................................................... 55 Cuadro 6.3-3. Rangos de CEs .......................................................................................... 59 Índice de figuras Figura 4.10-1. Semivariograma empírico ......................................................................... 29 Figura 4.10-2. Parámetros de ajuste del semivariograma a funciones matemáticas ........ 30 Figura 4.10-3. Semivariogramas con diferencias en continuidad espacial ....................... 31 Figura 5.1-1. Localización del área de estudio ................................................................. 35 Figura 5.3-1. Geología superficial del Valle de México..................................................... 38 Figura 5.5-1. Ríos tributarios que alimentan el lago de Texcoco ...................................... 40 Figura 6.1-1. Localización de los sitios de medición ........................................................ 44 Figura 6.1-2. Sensor de Inducción Electromagnética EM-38............................................ 45 Figura 7.3-1. Histograma de la muestra (profundidad 0-75 cm) ....................................... 53 Figura 7.3-2. Histograma de la muestra (profundidad 0-150 cm) ..................................... 53 Figura 7.3-3. Semivariograma de la CEs (profundidad 0-75cm) ....................................... 56 Figura 7.3-4. Semivariograma de la CEs (profundidad 0-150cm) ..................................... 56 Figura 7.3-5. Mapa de la distribución espacial de la salinidad (Prof. 0-75cm) .................. 57 Figura 7.3-6. Mapa de la distribución espacial de la salinidad (Prof. 0-150cm) ................ 58 Figura 7.3-7. Mapa de salinidad del ex lago de Texcoco (Prof. 0-75cm) .......................... 59 Figura 7.3-8. Mapa de salinidad del ex lago de Texcoco (Prof. 0-150cm) ........................ 60 Figura 7.3-9. Mapa de salinidad del ex lago de Texcoco (SRH, 1971) ............................. 61 vii Resumen Se realizó un estudio en los suelos del Ex Lago de Texcoco, para conocer la distribución espacial actual de la salinidad, expresada como conductividad eléctrica, a dos profundidades distintas. Se emplearon técnicas de estimación geoestadística, como el método de Kriging. Se realizó un muestreo en toda el área de 5567.4 ha, se ubicaron aleatoriamente 277 sitios y se midió la conductividad eléctrica de cada uno con un sensor de inducción electromagnética. A partir de estos datos, se generaron mapas en donde se observan las áreas con distintos grados de afectación. La información resultante muestra que los niveles más elevados de salinidad se encuentran en la parte norte que corresponde a la parte más baja de la zona de estudio. Los mapas generados se compararon con el obtenido en el Estudio Agrológico Especial realizado en 1971. En todos los casos, los niveles de sales son bastante altos para el desarrollo vegetal, sin embargo han disminuido gracias a las acciones de recuperación implementadas en las zonas degradadas desde años atrás. Palabras clave: Salinidad, Lago de Texcoco, geoestadística, conductividad eléctrica Abstract A study was conducted in soils of the Texcoco’s Ex Lake, to find out the current spatial distribution of salinity expressed as electrical conductivity, at two different depths. This was done using geostatistics techniques such as kriging method. Sampling was performed throughout the area covering 5567.4 ha and 277 random sites were located in which the electrical conductivity of each was measured with an electromagnetic induction sensor. Maps were generated to show areas with varying affectation degrees. The resulting information shown that higher levels of salinity found in the northern part corresponding to the lower ones of the study area. The maps generated were compared with that obtained in the Special Agrological Study in 1971. In all cases, the salt levels were very high for plant development, but these have declined due to recovery actions implemented in degraded areas since years ago. Keywords: Salinity, Lake Texcoco, Geostatistics, electrical conductivity viii 1. Introducción Millones de hectáreas en el mundo están afectadas por salinidad y todos los años mas tierras se vuelven improductivas o menos productivas por efecto de acumulación de sales (Ochoa, 1994). La rápida expansión que ha experimentado la agricultura de riego en las últimas décadas ha ido acompañada de un incremento en los problemas de salinización (Santa Olalla, 2001). Además la contaminación y degradación de la estructura de los suelos agrícolas con el paso del tiempo ha dado lugar a auténticos paisajes desérticos, en los que el recurso suelo ha sido completamente inutilizado para el cultivo, e incluso para la producción de masa vegetal natural (Silva, 2002). Si bien existe solución, la inversión que se requiere es tan grande que lo más común es que los suelos que sufren este problema sean simplemente abandonados. Incluso en el abandono, estos suelos poseen características desfavorables desde un punto de vista ambiental, y contribuyen a generar otros tipos de problemas socioeconómicos y de salud. Los problemas de salinización afectan aproximadamente 340 millones de hectáreas en el mundo (Feuchter, 2000) y se estima que de 250 a 500 mil hectáreas se pierden anualmente para la producción agrícola como resultado del incremento de la salinidad del suelo (FAO, 2002). En el caso de México, existen 80 millones de hectáreas con diversos grados de salinidad, tanto en zonas naturales, de temporal, como de riego; una gran parte de estas últimas, aproximadamente 5 millones de hectáreas, están bajo un proceso de salinización, en algunos casos muy acelerado (Feuchter, 2000). Para conocer los patrones de distribución de la salinidad en el suelo se elaboran mapas, algunos basados en información Geoestadística, en los que se identifica gráficamente la distribución espacial de la salinidad en un momento dado. Como el suelo es similar en casi todas sus variables en sitios cercanos uno del otro, al incrementarse las distancias que separa a los sitios, las diferencias tienden a 1 aumentar. La ubicación de los puntos de muestreo involucra, en estos casos, una dependencia espacial cuantificable en términos de la distancia y dirección de separación (Sommer et al., 2000). En el presente trabajo se analizó el comportamiento de la salinidad con respecto al espacio, a dos diferentes profundidades de suelo del área del Ex Lago de Texcoco, mediante la utilización de conceptos geoestadisticos, como el Kriging. El estudio se basó en la información sobre el parámetro conductividad eléctrica medido en campo con un sensor de inducción electromagnética. 2 2. Objetivos 2.1. General Determinar el patrón de distribución espacial de la salinidad del suelo de la zona de estudio mediante el uso de Geoestadística para conocer los niveles de sales presentes en la zona. 2.2. Particulares Conocer el comportamiento de la salinidad en un perfil de suelo. Utilizar el método de inducción electromagnética como medida en campo para estudiar la variabilidad espacial de la salinidad. Elaborar mapas con los distintos grados de salinidad presentes en el área de estudio. 3. Hipótesis La Geoestadística es una manera de describir la continuidad espacial de la salinidad con un nivel de detalle que permite cuantificar su variación espacial. La salinidad se distribuye espacialmente siguiendo un patrón que depende de la topografía, tipo de suelo y calidad del agua de riego. El sensor de inducción electromagnética es una herramienta que permite realizar un mapeo rápido de la zona afectada por salinidad. Una forma de conocer los valores de salinidad en puntos no muestreados es mediante interpolación, con lo cual se obtienen mapas de los niveles de salinidad presentes en la zona de estudio. 3 4. Marco Teórico 4.1. Generalidades de los suelos afectados por sales Los suelos afectados son aquellos que presentan un contenido anormal de sales y que ofrecen una serie de dificultades a los cultivos (Martínez, 2008). A pesar de que todos los suelos presentan siempre una cierta cantidad de sales solubles y de sodio intercambiable, la presencia en exceso de cualquiera de éstos es nocivo para el desarrollo vegetal (Ortiz, 1999). El incremento progresivo de sales solubles en un suelo provoca una pérdida en la capacidad de absorción de agua por parte de las plantas, y diversos problemas de toxicidad cuando los iones producto de su disociación se acumulan en las células. (Strogonov, 1964). En el caso del sodio intercambiable, si se presenta en una proporción elevada con respecto a los demás cationes intercambiables del suelo, provoca un fenómeno de dispersión de las partículas coloidales que lleva a una pérdida en la permeabilidad y conductividad hidráulica del suelo con lo cual se crean condiciones de saturación de humedad, inundación o encharcamiento y anaerobiosis (Bresler et al., 1982). Cuando los suelos albergan niveles excesivos de sales, en un grado tal que puede afectar al crecimiento de las plantas, se les conoce como suelos salinos (Cepeda, 2002). Por otro lado, cuando los suelos presentan una elevada proporción de sodio en estado intercambiable, afectando así las propiedades del suelo, se les conoce como suelos sódicos (Porta y López, 2005). Se ha generalizado la utilización de parámetros para evaluar la respuesta de las plantas y el comportamiento de un suelo en relación con la salinidad y la sodicidad. En seguida se describen estos parámetros. 4.1.1. Parámetros que caracterizan la salinidad Lo característico en los suelos salinos es que tengan niveles elevados de sales solubles. La cantidad total de sales solubles, expresada como sólidos disueltos totales (SDT), se utiliza para medir la salinidad de un agua o de un extracto de la solución del suelo, ya que existe una relación directa entre este parámetro y el 4 potencial osmótico de la solución del suelo, que incide a su vez directamente sobre la disponibilidad de agua para los cultivos. Este parámetro se expresa en g/L (TRAGSA, 2003). Otro parámetro es la conductividad eléctrica (CE) de un extracto acuoso obtenido del suelo, que es el más usado por la rapidez de su determinación (Martínez, 1986). La medida de la conductividad eléctrica se basa en la aplicación de un potencial eléctrico entre dos electrodos, observándose que la cantidad de corriente que circula varía directamente con la concentración total de las sales disueltas en el agua. La CE tiene en cuenta el efecto osmótico de los diferentes solutos cuando las soluciones están diluidas y los iones completamente disociados (Ruiz, 2006). El procedimiento para medir la Conductividad Eléctrica del extracto saturado del suelo (CEe) consiste en tomar una muestra de suelo, añadir agua destilada hasta su saturación y extraer el agua de la pasta resultante filtrando con un embudo Buchner al vacío (Porta y López, 2003). Se mide la CEe y el valor resultante se toma como un índice de salinidad del suelo. Sin embargo, la salinidad así medida no es la real de la solución del suelo. Cuando se trata de estudiar los efectos de la salinidad del suelo sobre los cultivos debería medirse la CE real, que es la que va a estar en contacto con las raíces de las plantas. Se sabe que las raíces absorben el agua del suelo comprendida entre la capacidad de campo y el punto de marchitez permanente. Como las sales no son absorbidas permanecen en la solución. Es decir, la salinidad del suelo, o lo que es lo mismo, de su solución, es variable con la humedad (Pizarro, 1985). No existen relaciones exactas entre SDT y la CE ya que dependen, además del contenido total de sales, de la composición iónica. Por ello, la determinación de la conductividad eléctrica de un suelo o agua permite estimar, pero no medir, la concentración de sales disueltas (Ortiz, 1999). Antiguamente, la unidad básica de la conductividad eléctrica era el milimhos · cm-1 (mhos · cm-1). Sin embargo resultó ser una unidad demasiado grande, por lo que 5 actualmente, la unidad de medida es el deciSiemens metro-1 (dS m-1) (Bohn et al., 1979), equivalente al mhos · cm-1. Se estableció que el valor de 4 dS m-1, medido del extracto saturado del suelo, como el nivel de conductividad eléctrica que define a los suelos salinos. Un dS m -1 es aproximadamente igual a 640 partes por millón de sales disueltas. Una conductividad eléctrica de 4 dS m-1 equivale a 2560 partes por millón de sales, o sea 0.2% (Richards, 1954; Abdel y Mounir, 1964). 4.1.2. Parámetros que caracterizan la sodicidad Para determinar el porcentaje de sodio intercambiable de los suelos se usan los aspectos teóricos del intercambio catiónico, a partir de los cuales es posible establecer una relación entre el porcentaje de sodio intercambiable y la relación de adsorción de sodio (RAS) del suelo. La RAS se define como (Gardiner, 1994): Na RAS Ca 2 Mg 2 (Ecuación 1) donde las concentraciones de los cationes Na+, Ca2+ y Mg2+ se determinan en el extracto de saturación y se expresan en milimoles por litro (si las concentraciones de los cationes se expresan en miliequivalentes por litro, (Ca 2++Mg2+) se sustituye por (Ca2++Mg2+)/2) (Bresler et al., 1982). El calcio y el magnesio producen un efecto unificador de las láminas de arcilla del suelo y favorecen el mantenimiento de la estructura del suelo, por lo que la RAS determina la relación entre el elemento disgregador y los elementos unificadores de la estructura de un suelo (Vega y Pastor, 2005). El contenido de sodio del complejo de adsorción del suelo, que tiene una gran importancia por su efecto en la estabilidad estructural del suelo, puede expresarse como porcentaje de sodio intercambiable (PSI) (TRAGSA, 2003). Una vez calculada la RAS, el PSI se obtiene a través de la siguiente ecuación: 6 PSI 100 0.01475 RAS 0.0126 1 0.01475 RAS 0.0126 (Ecuación 2) Entre la RAS y el PSI existe una relación, tal que cuando una solución se diluye, su RAS decrece y en consecuencia el PSI del suelo decrece también. Es decir, se favorece el paso de cationes divalentes de la solución al complejo de adsorción, mientras que con los monovalentes ocurre lo contrario (Pizarro, 1985). Cuando en los suelos se alcanza un PSI de 15 se comienza a manifestar el fenómeno de dispersión de coloides, por lo cual se ha establecido este valor como el límite que define a los suelos sódicos (Richards, 1954). También se define a los suelos sódicos como aquellos que presentan un valor de RAS mayor o igual a 13 (Ghassemi et al., 1995). Estos valores no deben ser tomados como definitivos ya que existen muchos suelos, particularmente los más arcillosos, donde el fenómeno de dispersión de coloides se presenta con valores de PSI muy por debajo de 15 (Sumner, 1993). 4.2. Formación de los suelos afectados por sales Todos los suelos se encuentran sujetos a la llegada de sales provenientes de distintas fuentes, o bien a la génesis in situ de varias de ellas (Aceves, 1981). Por lo que, los suelos afectados se van a encontrar en sitios donde existan condiciones que favorezcan la acumulación de estas. 4.2.1. Origen y fuentes de sales en los suelos La mayor parte de las sales del suelo se deben a la presencia de sales en el material parental del suelo, bien porque las rocas de las que proceden tienen sales o porque estos materiales se han sedimentado en un ambiente salobre. Por otro lado, en lugares donde existe una escasa precipitación y una elevada evaporación, las sales del suelo no se disuelven. En vez de ello, se acumulan y se favorece su concentración en la solución del suelo. Por esta razón los suelos 7 afectados por sales son comunes en las regiones áridas o semiáridas (Bohn et al., 1979). El mecanismo de concentración de sales más frecuente es el observado en zonas bajas, causado por evaporación de aguas de escurrimiento o de infiltración de aguas que contienen sales disueltas, provenientes de suelos de zonas más altas. También las sales suelen ser acarreadas por las aguas de riego y concentrarse más tarde por evaporación (Cajuste, 1977). Así mismo, pueden presentarse suelos afectados por sales en otros casos en los cuales exista una influencia particularmente intensa de alguna fuente de sales. 4.2.2. Suelos salinos Se denominan suelos salinos a aquellos cuya solución del suelo contiene sales mas solubles que el yeso, en tal cantidad que la absorción de agua por las raíces de las plantas está limitada por el aumento del potencial osmótico debido a la salinidad (TRAGSA, 2003). El movimiento, redistribución y acumulación de sales permite explicar la formación de los suelos salinos. Con un enfoque de síntesis, se pueden plantear distintos ciclos de salinización (Kovda et al, 1967): Ciclos continentales Cuando los componentes solubles de los suelos salinos, principalmente cloruros, sulfatos, bicarbonatos y carbonato de sodio, proceden de la meteorización de rocas y los elementos liberados se acumulan in situ (Cajuste, 1977), se le llama ciclo de acumulación primaria de sales. Sin embargo, dada la elevada movilidad de los elementos implicados en la salinización de los suelos, resulta poco frecuente este tipo de salinización. Por otro lado, al ser mojadas por el agua de escurrimiento superficial o por el agua de percolación, las sales son transportadas y redistribuidas y se acumulan en áreas deprimidas que presentan condiciones de drenaje deficiente. A este ciclo se le llama ciclo de acumulación secundaria de sales (Porta y López, 2003). 8 Ciclos marinos Los suelos pueden estar expuestos a invasiones o intrusiones directas del agua de mar por lo que pueden presentar acumulación de sales marinas, principalmente cloruro de sodio (Waisel, 1972). Cuando las aguas freáticas salinas se encuentran próximas a la superficie, el suelo puede salinizarse como consecuencia del aporte capilar de sales procedentes del agua de inundación por efectos mareales o por aporte de sales transportadas por el viento (Pizarro, 1985). Ciclos antropogénicos Los suelos salinos se forman por un proceso de salinización secundaria, producido al alterarse los balances de agua y sales del suelo (TRAGSA, 2003), como consecuencia de la introducción del riego. Los suelos regables reciben cantidades considerables de sales con el agua de riego, y en caso de tierras con drenaje insuficiente, por elevación capilar del agua freática (Martínez, 1986). 4.2.3. Suelos sódicos Los suelos sódicos se caracterizan por tener apenas sales solubles en la solución del suelo, pero con un alto contenido de sodio intercambiable (Santa Olalla, 2001). Al reducirse la concentración de sales del suelo, el efecto que provocaba en la agregación de las partículas coloidales desaparece, y estas partículas sufren una intensa dispersión, lo cual provoca una reducción de los espacios porosos del suelo y una pérdida en la permeabilidad y aireación del suelo (Basilevich, 1970). Si además se acumula carbonato de sodio, se presenta el proceso de alcalinización provocando un incremento de pH del suelo a valores alrededor de 10 (Santa Olalla, 2001). El desarrollo de la alcalinidad puede ser resultado de varios procesos (Wild, 1992): La meteorización de las rocas puede producir bicarbonatos de Na, Ca y Mg. La evapotranspiración ocasiona la precipitación de carbonatos de calcio y magnesio dejando Na+ y HCO3- en solución. Un secado adicional motiva la precipitación del bicarbonato de sodio. 9 El agua de riego o agua subterránea que contiene NaHCO3 puede entrar en el suelo y acumularse. Las aguas salinas crean un alto porcentaje de sodio intercambiable desplazando al calcio y al magnesio. El lavado con agua de riego de buena calidad causa la disociación e hidrólisis del Na+ intercambiable. Frecuentemente, los suelos sódicos son el resultado de la exposición de suelos anteriores a aguas con altos niveles de Na y con una alta proporción de carbonato ácido (Fassbender y Bournemisza, 1987). En este caso, parte del sodio intercambiable del suelo sufre hidrólisis, siendo sustituido el sodio por hidrógeno, y formándose hidróxido de sodio. Con este fenómeno el suelo continúa siendo sódico, pero se incrementa el porcentaje de hidrógeno intercambiable. Si el hidróxido de sodio formado es lavado, parte del hidrógeno intercambiable pasa a la fase soluble, con lo cual se da un aumento en la concentración de iones hidrógeno, y por lo tanto una disminución del pH (Ortiz, 1999). 4.2.4. Suelos salino-sódicos El incremento en la concentración de sales del suelo, con la consiguiente disminución en los contenidos relativos de calcio y magnesio en solución, y el aumento de sodio, tiende a iniciar un fenómeno de intercambio catiónico en el cual el sodio empieza a ser adsorbido en mayor proporción por los coloides del suelo, iniciándose un incremento en el porcentaje de sodio intercambiable, que conduce a que el suelo salino se transforme en salino-sódico. Es por eso que este tipo de suelos se caracterizan por tener un alto contenido de sales y un alto contenido de sodio intercambiable (Cepeda, 2002). Y aunque este último favorece la dispersión de partículas coloidales del suelo, la alta concentración de sales tiene el efecto contrario, de tal modo que en este tipo de suelos, los coloides se mantienen agregados y con ello se conserva la permeabilidad del suelo (FAO/UNESCO, 1973). 10 4.3. Tipos de sales solubles en los suelos La solubilidad de las sales es muy importante ya que, cuanto mayor es la concentración salina de la solución del suelo, mayor es su efecto perjudicial sobre los cultivos. Por lo que las sales mas nocivas son las que tienen elevada solubilidad (Pizarro, 1985). En función de su importancia, tanto por su amplia distribución y abundancia, así como por su toxicidad sobre las plantas, se puede afirmar que son cinco las sales principales que definen a los suelos salinos y sódicos (FAO/UNESCO, 1973): Sulfato de magnesio Es una sal típica de los suelos salinos, existiendo también en aguas freáticas y lagos salinizados. Debido a su elevada solubilidad de 262 g L -1 a 20 ºC es una de las sales más perjudiciales para los cultivos. Nunca se acumula en los suelos en forma pura, sino en combinación con otras sales solubles. Algunos minerales magnésicos son la epsomita (MgSO4 7H2O), la hexahidrita (MgSO4 6H2O), la leonardita (MgSO4 4H2O). Sulfato de sodio Su toxicidad es menor que la del sulfato de magnesio y su solubilidad varía mucho con la temperatura: a 0oC es de 45 g L-1, a 10°C es de 90 g L-1, a 20°C es de 185 g L-1, y a 30°C es de 373 g L-1. Este hecho tiene mucha importancia, pues afecta a los precipitados y lavados de esta sal. En la estación cálida el sulfato de sodio sube por capilaridad a la superficie del suelo. Cuando baja la temperatura disminuye su solubilidad y precipita en forma de mirabilita (Na 2SO4 10H2O). Cuando la temperatura vuelve a aumentar la mirabilita se deshidrata formando un polvo blanco de tenardita (Na2SO4 anhidro). Al desaparecer los cristales de mirabilita, queda en el suelo una gran cantidad de espacios vacíos que dan al suelo una consistencia esponjosa en la superficie, fenómeno que se nota comúnmente en suelos salinos que tienen costras en su superficie, las cuales llegan a estar constituidas por sulfato de sodio hasta en un 30%. 11 Cloruro de sodio Es la sal más abundante en los suelos salinos. Su toxicidad para las plantas es excepcionalmente alta, así como su solubilidad, que es de 318 g L -1 a 20oC y que no varía significativamente con la temperatura (Pizarro, 1985). Esto le permite disolverse fácilmente del mineral que la contiene, la halita (NaCl), así como permanecer en solución en aguas de escurrimiento y ser transportada en sitios donde se acumule el agua. Su alta solubilidad ejerce efectos osmóticos considerables sobre las plantas, y la elevada movilidad de los iones Na+ y Cl- permite que sean absorbidos por éstas, acumulándose en las células y provocando efectos de tipo tóxico. Puede esperarse que los cultivos no se desarrollen bien en suelos que contengan cloruro de sodio en proporciones superiores a 0.1% con respecto al peso seco del suelo, y es muy común que suelos con contenidos de 2 a 5% se vuelvan improductivos. Carbonato de sodio Es una sal muy común en suelos y aguas, donde puede acumularse en cantidades considerables, encontrándose en minerales como el natrón (Na2CO3 10H2O) y la termonatrita (Na2CO3 H2O). También puede estar en combinación con el bicarbonato, como en el caso del mineral trona (Na 2CO3 NaHCO3 2H2O). Su solubilidad es muy alta (178 g L-1 a 20oC), lo que la hace altamente tóxica para las plantas (Porta y López, 2003), aunque el bicarbonato es menos alcalino y tóxico debido a que se encuentra parcialmente neutralizado por ácido carbónico. El carbonato de sodio absorbe H+ del agua y libera iones Na+ y OH- que producen una intensa reacción alcalina del NaOH en solución (Thompson y Troeh, 1988), elevando así el pH del suelo. Según Aceves (1979), el carbonato de sodio puede originarse de diversas maneras, las reacciones más aceptadas son: 1. Intemperización de minerales ricos en sodio (feldespatos sódicos), como la albita (NaAlSi3O8), como se muestra en la siguiente reacción: 12 NaAlSi3O8 NaHSiO3 NaHSiO3 + CO2 NaHCO3 + SiO2 2 NaHCO3 Na2CO3 + El NaHCO3 H2CO3 forma Na2CO3 por deshidratación y pérdida de CO2; Na2CO3 se disuelve en las aguas de drenaje o en las de escurrimiento y se concentra por evaporación en otros sitios. 2. Reducción biológica de sulfato de calcio Para que se realice esta reacción es necesario que los equivalentes de SO2- sean mayores que los equivalentes de Ca2+ reaccionantes, que existan condiciones de reducción y que se encuentren fuentes aprovechables de carbohidratos para los microorganismos. Los microorganismos utilizarán el oxigeno aprovechable y reducirán los iones SO2, liberado OH-, el cual se combinará con el CO2 liberado en la respiración para formar CO3 y HCO3. El CO3, a su vez, reaccionará con el calcio soluble para formar CaCO3 y es posible que emigre hasta las áreas mal drenadas, donde la elevación capilar y la evaporación, concentrarán el Na 2CO3 en la superficie del suelo (Cajuste, 1977). También, los microorganismos reducen sulfatos a sulfuros y hierro férrico a la forma ferrosa. A partir de los sulfuros se produce ácido sulfhídrico e hidróxido de sodio y éste reacciona con ácido carbónico formando bicarbonato de sodio, el cual puede luego ser convertido a carbonato (Ortiz, 1999): Na2SO4 + 8 e- Na2S + 2 O2 Fe3+ + e- Fe2+ Na2S + 2 H2O H2S + 2 NaOH H2S + Fe2+ FeS + 2H+ NaOH + H2CO3 NaHCO3 + H2O 13 3. Descomposición de plantas con altas concentraciones de sodio Durante la mineralización de la materia orgánica procedente de la descomposición de los tejidos vegetales, el exceso de sodio absorbido se combina con el bióxido de carbono, formándose carbonato de sodio. Este proceso es importante en áreas de desiertos y estepas (Basilevich, 1970). Cloruro de magnesio Su presencia en los suelos salinos es muy común. Su solubilidad es de 353 g L -1 a 20oC y es una sal altamente tóxica para las plantas Se encuentra en minerales como la biscofita (MgCl2 · 6H2O) (Porta y López, 2003). Es una sal higroscópica y absorbe la humedad atmosférica rápidamente, con lo cual los cristales se disuelven y forman una solución muy concentrada; debido a ello, los suelos que contienen cloruro de magnesio en grandes cantidades permanecen húmedos largo tiempo después de la última lluvia o riego. 4.4. Clasificación de los suelos afectados por sales La problemática de estos suelos se conoce desde hace más de dos siglos y sus bases conceptuales fueron establecidas por Hilgard, De Sigmond, entre otros. El primero, en 1906, introdujo los términos de suelos de álcali blanco, para referirse a los suelos salinos, y de álcali negro, para los sódicos (Ortiz, 1999). De Sigmond introdujo, en 1938, los términos Solonchak y Solonetz, para referirse a los suelos salinos y sódicos, respectivamente. Posteriormente, estos se tomaron como grupos de suelos por la FAO (FAO, 1990; FAO, 1998). La clasificación más común que se utiliza para los suelos afectados por sales es la propuesta por el Laboratorio de Salinidad del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de América (Richards, 1954), que se basa en la conductividad eléctrica (CE) y el porcentaje de sodio intercambiable del complejo de cambio, y se les clasifica en cuatro categorías como se observa en el Cuadro 4.4-1: 14 Cuadro 4.4-1. Clasificación de suelos con base a la CE y PSI CE (dS m-1) % Na intercambiable Clasificación <4 < 15 Normal >4 < 15 Salino >4 > 15 Salino - Sódico <4 > 15 Sódico Fuente: Richards (1954); FAO (1973) Sin embargo, las plantas sensibles a las sales, pueden ser afectadas en suelos cuyos extractos de saturación tienen CE tan solo de 2 a 4 dS m -1, por lo que se ha recomendado denominar suelos salinos a los suelos con CE a partir de 2 dS m-1 (Bohn et al., 1979). Además, existen suelos que sufren problemas de dispersión a valores de PSI muy bajos, por lo que se ha propuesto denominar suelos sódicos a los suelos con PSI superior a 7% (Massoud, 1971). De acuerdo a la CE, el Laboratorio de Salinidad de Riverside (USA), citado por Montico (2007), los suelos se clasifican de acuerdo a su grado de salinidad y su efecto sobre el rendimiento de los cultivos en general (Cuadro 4.4-2): Cuadro 4.4-2. Clasificación de suelos con base al grado de salinidad CE (dS m-1) Efectos sobre los cultivos Clasificación 0–2 Comúnmente despreciable Normal 2–4 Cultivos muy sensibles afectados Ligeramente salino 4–8 La mayoría de los cultivos son afectados Medianamente Salino 8 – 16 Solo cultivos tolerantes, prosperan Fuertemente salino > 16 Solo se desarrollan cultivos muy tolerantes Extremadamente salino Fuente: Montico (2007) También se ha clasificado a los suelos de acuerdo con su grado de sodicidad (PSI) y su efecto sobre los cultivos (Cuadro 4.4-3) (Aceves 1979; Pizarro, 1985): 15 Cuadro 4.4-3. Clasificación de suelos con base al grado de sodicidad PSI Efectos sobre los cultivos Clasificación <7 Comúnmente despreciable No sódico El rendimiento de los cultivos 7 - 15 agrícolas se reduce de 20 hasta 40%, Ligeramente sódico sobre todo en suelos arcillosos. 15 -20 20 - 30 > 30 El rendimiento de los cultivos se reduce de 40 a 60 %. El rendimiento de los cultivos se reduce de 60 a 80%. El rendimiento de los cultivos se reduce en más del 80%. Medianamente sódico Fuertemente sódico Extremadamente sódico Fuente: Aceves (1979); Pizarro (1985) La Base Referencial Mundial del Recurso Suelo (WRB, 2007) clasifica a los suelos afectados por sales en dos grupos de suelos: SOLONCHAKS: son suelos que tienen alta concentración de sales solubles en algún momento del año. Están ampliamente confinados a zonas climáticas áridas y semiáridas y regiones costeras en todos los climas. Se conocen comúnmente como suelos salinos. SOLONETZ: son suelos con un horizonte subsuperficial arcilloso, denso, fuertemente estructurado, que tiene una proporción alta de iones Na y/o Mg adsorbidos. Los Solonetz que tienen Na2CO3 libre son fuertemente alcalinos (pH de campo > 8.5). Se conocen comúnmente como suelos alcalinos y suelos sódicos. Muchos Solonetz se correlacionan con los Grandes Grupos nátricos de varios órdenes de la taxonomía de suelos de los Estados Unidos de Norteamérica. 16 4.5. Efecto de la salinidad y sodicidad sobre las plantas La presencia de sales solubles en el suelo afecta negativamente al crecimiento de las plantas, variando de unos cultivos a otros, provocando una reducción drástica del rendimiento (Santa Olalla, 2001). Para una mejor comprensión se suelen individualizar tres efectos debido a la salinidad y sodicidad, que en muchos casos actúan de manera simultánea. 4.5.1. Efectos Osmóticos Para que el agua entre en la raíz, el potencial osmótico de ella debe ser menor (más negativo) que el del agua del suelo; así, el agua se mueve de la región de mayor potencial a la de menor potencial (Wyn Jones y Gorham, 1983). El efecto principal de las sales solubles en las plantas es osmótico, ya que los niveles altos de sal impiden que las plantas obtengan el agua para su crecimiento (Bohn et al., 1979). Cuanto mayor es la concentración salina del agua del suelo, mayor es la presión osmótica que las plantas han de superar y puede llegar un momento en que la absorción de agua se detenga (Pizarro, 1985). Es decir, en suelos salinos, la alta concentración de sales provoca una marcada disminución del potencial osmótico del suelo, el cual puede alcanzar comúnmente valores de –5.0 MPa o aún menores (Stewart y Ahmad, 1983), con lo cual el movimiento de agua del suelo a la raíz se ve interrumpido. Mientras que en suelos no salinos, el potencial osmótico presenta generalmente valores de entre –0.1 y –0.2 MPa; las raíces de las plantas, en cambio, presentan potenciales osmóticos de entre –0.5 y –2.0 Mpa (Jeffrey, 1987). De acuerdo con la teoría de la disponibilidad de agua o de la sequía fisiológica, en condiciones de salinidad, a pesar de que el suelo contenga agua, la planta no es capaz de absorberla, y por consiguiente, el protoplasma de sus células tiene una baja hidratación: la planta sufre estrés hídrico, se seca y muere (Breckle, 1990). Las plantas que crecen en medios salinos incrementan, en cierta forma sus concentraciones osmóticas internas mediante la producción de ácidos orgánicos. A este proceso se le llama Ajuste osmótico (Bohn et al., 1979). Esta teoría supone 17 que las plantas, al aumentar la presión osmótica del agua del suelo, se ven obligadas a realizar una adaptación osmótica en sus células para seguir absorbiendo agua. El ajuste se hace aumentando la producción de solutos orgánicos e inorgánicos, presentes tanto en el citoplasma como en la vacuola de las células. Esto requiere un consumo de energía, que se traduce a un menor crecimiento de la planta. 4.5.2. Efectos tóxicos Muchas plantas son sensibles a iones específicos que están presentes en las aguas de riego o en la solución del suelo. Algunos iones producen efectos tóxicos en las plantas incluso en concentraciones bajas. La toxicidad no es debida al efecto directo de los iones que la ocasionan, sino que estos inducen a alteraciones en el metabolismo, ocasionando acumulación de productos tóxicos (Pizarro, 1985) en los tejidos y células de la planta. Muchos de los iones interfieren con el funcionamiento de enzimas, lo cual acarrea una disminución de productos esenciales para la planta, o la acumulación de compuestos nocivos. Dentro del primer caso, puede señalarse que se da una inhibición en la síntesis de almidón, de ATP, ADN y ARN, una disminución en la tasa fotosintética, de asimilación de CO2, y de división celular (Waisel, 1972; Levitt, 1980). En el segundo caso, se ha llegado a observar que se presenta una acumulación de compuestos como el amonio o el peróxido de hidrógeno. Los efectos tóxicos también incluyen una pérdida en la semipermeabilidad de las membranas (Ortiz, 1999). Los iones que con más frecuencia ocasionan toxicidad son el sodio, el cloruro y el boro, aunque otros iones también pueden causar problemas. Las plantas absorben sodio del suelo junto con el agua, a medida que esta es transpirada el Na se va concentrando en las hojas y cuando alcanza ciertas concentraciones produce efectos tóxicos. El cloruro se encuentra disuelto en la solución del suelo, de donde puede ser absorbido por las raíces y conducido a las 18 hojas, donde se puede acumular hasta niveles perjudiciales. El boro, aunque es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas en cantidades excesivas se vuelve toxico. Este se incorpora a la solución del suelo por el agua de riego y es absorbido por las raíces junto con el agua, acumulándose en las hojas y otras partes de las plantas (Pizarro, 1985). 4.5.3. Efectos nutricionales Otro mecanismo de daño potencial para las plantas provocado por las sales lo constituye los desequilibrios nutricionales causado por la acumulación de electrolitos (iones específicos) en la solución del suelo (Santa Olalla, 2001). Los efectos se presentan no por carencia del nutrimento específico en el suelo, sino porque disminuye la tasa de absorción o asimilación al darse competencia entre iones o al presentarse daños a membranas que provocan cambios en la permeabilidad, así como al alterar la necesidad de los nutrimentos por parte de la planta (Grattan y Grieve, 1994). Las necesidades nutricionales de las plantas también pueden variar según los tipos de sales presentes. Por ejemplo, los niveles altos de sodio provocarían deficiencias de calcio y magnesio. El alto pH de los suelos sódicos podría acentuar las deficiencias de muchos nutrientes. Además podría provocar concentraciones elevadas de aluminio soluble (Bohn et al., 1979). 4.6. Adaptación de las plantas a la salinidad El desarrollo exitoso de las plantas bajo condiciones de salinidad depende de la presencia de una serie de adaptaciones les que permiten evadirla manteniendo bajas las concentraciones internas de sales, o tolerarla soportando altos contenidos internos de sales y sus efectos. Atendiendo a su adaptación a los medios salinos, las plantas se pueden agrupar en (Porta y López, 2003): No halófilas: son aquellas que no han desarrollado mecanismos de adaptación. La mayoría de plantas cultivadas. Halófilas: están adaptadas para vivir en medios salinos y pueden agruparse en: 19 1. Euhalófilas: acumulan sales, son las más tolerantes (Salicornia sp, Arthrocnemum sp). 2. Crinohalófilas: tiene glándulas secretoras que les permiten eliminar soluciones altamente salinas, por lo general en el envés de las hojas (Limonium sp, Frankenia pulverulenta). 3. Glicohalófilas: tienen la capacidad de realizar una absorción selectiva frente a las sales. 4. Locahalófilas: localizan sales en estructuras especiales, con lo que controlan su distribución en los tejidos. El cultivo de plantas de este tipo puede resultar efectivo para hacer disminuir la salinidad o sodicidad. Además, al existir una relación estrecha entre las comunidades vegetales y los niveles y tipos de salinidad de los suelos, resulta posible llevar a cabo interpretaciones acerca del tipo y nivel de salinización a partir de un estudio de la vegetación (Ghaly, 2002). 4.6.1. Tolerancia de las plantas a la salinidad De acuerdo con Gallardo y Penagos (2002), la tolerancia a la salinidad se define como la capacidad de las plantas para resistir concentraciones de sales en el suelo y solución del mismo sin sufrir una reducción considerable en el rendimiento. No todos los cultivos responden de igual manera a la salinidad, la diferencia se debe a la capacidad de adaptación osmótica que tienen algunos cultivos, lo que les permite absorber, bajo condiciones de salinidad, una mayor cantidad de agua. Aceves (1979), menciona dos mecanismos de tolerancia por las plantas. El primero se encuentra en la raíz, donde hay una cierta regulación de los iones que pueden penetrar a la corriente del xilema; el segundo se encuentra en las partes aéreas de las plantas y comprende la restricción de la movilidad de los iones, impidiendo su redistribución entre los órganos maduros y los que se encuentren en desarrollo. 20 El alto contenido de sodio intercambiable afecta el crecimiento vegetal, no se sabe exactamente como, sin embargo la mejor propuesta es que el sodio induce deficiencias de otros nutrimentos como Ca++ y Mg++, ya que provoca la precipitación de estos en forma de carbonatos (Gallardo y Penagos, 2002). De manera orientativa, se pueden considerar como intervalos de tolerancia al sodio intercambiable (PSI), los siguientes (Porta y López, 2003): Sensibles: aquellos cultivos que toleran menos de 15% (Aguacate, frijol, algodón (en germinación), maíz, manzana, naranja, durazno, mandarina, lenteja, soya, cacahuate, garbanzo). Semitolerantes: aquellos que toleran entre 15 y 40% (mijo, zanahoria, trébol, lechuga, caña de azúcar, avena, ajo, cebolla, cártamo, girasol, rábano, alfalfa, arroz, centeno, cebada, Ray-grass italiano, sorgo, espinaca, jitomate, trigo). Tolerantes: aquellos que toleran más de 40% (Euchlaena mexicana, alfalfa, cebada, arroz, remolacha, remolacha azucarera, Cynodon dactylon (pasto bermuda), algodón, Agropyrum cristatum, Diplachna fusca). 4.7. Efecto de las sales sobre las propiedades del suelo La concentración total y el tipo de sales presentes en la solución del suelo y la cantidad y mineralogía de las arcillas, determinan la naturaleza de las interacciones entre el agua y la matriz del suelo, provocando un deterioro en las propiedades físicas del suelo (Porta y López, 2003). Esto se puede producir bien por dispersión de las partículas de arcilla o por hinchamiento de las mismas al humedecerse. La destrucción de la estructura favorece el sellado superficial, restringiendo los movimientos de aire y de agua en el suelo, y dificulta el desarrollo y profundización radicular (Gupta et al, 1994). Además, la disminución del tamaño de poros hace bajar la conductividad hidráulica proporcionalmente a la cuarta potencia del radio (Santa Olalla, 2001). 21 Es posible sintetizar la naturaleza de los suelos en una relación de fuerzas electroquímicas. Así de la interacción de las fuerzas de repulsión electrostáticas y las de cohesión gobernada por los cationes surge el estado de mayor o menor expansión o compresión de la ya conocida Doble Capa Difusa alrededor de las arcillas, dando como resultado la dispersión (Na+>K+>Mg++>Ca++) o floculación respectivamente (Montico, 2007). En el caso de la montmorillonita, unas sedes de intercambio son ocupadas principalmente por sodio y otras por calcio. El comportamiento depende del PSI, de forma que en un tactoide-Ca (en montmorillonitas saturadas con Ca presentan una unión de láminas paralelas en paquetes denominados tactoides), con PSI de 15 a 20% el calcio de las superficies externas son sustituidas por sodio, mientras que con un PSI de 50%, el calcio será sustituido en el interior del tactoide (Porta y López, 2003). Es decir, la sustitución de Na+ intercambiable por Ca++ contribuirá a que los efectos de expansión y dispersión sean mínimos. Esta es la razón por la cual se utiliza el yeso en la recuperación de suelos sódicos (Cajuste, 1977). 4.8. Medición de la salinidad en campo Las medidas en campo permiten estudiar con facilidad la variabilidad espacial y temporal de la salinidad en un mismo punto (Rhoades, 1992). Además de que ofrecen la posibilidad de realizar una rápida estimación de la concentración de sales en tiempo real (Batlle-Sales. J. et al., 2000), al determinar la Conductividad Eléctrica del suelo in situ. La interpretación y el uso de las determinaciones o resultados de análisis de la salinidad y acumulación de sodio, depende necesariamente de la totalidad y exactitud de los datos recogidos en el momento del muestreo, siendo de particular importancia toda observación que se haga sobre la especie vegetal predominante y condición de la cubierta vegetal (Gallardo y Penagos, 2002). La medición de la CE es particularmente apropiada para la determinación de la variabilidad espacial de varias propiedades de los suelos, porque son mediciones 22 rápidas, fáciles y precisas que integran en su medición la influencia de varias propiedades del suelo que contribuyen a la conductividad eléctrica aparente del suelo (Corwin y Lesch, 2005) El desarrollo de equipos móviles ha permitido producir mapas de CE con mediciones realizadas a corta distancia o en forma continua. Algunos métodos para determinar la salinidad del suelo a nivel de campo, son: Medición de la resistividad eléctrica (ER) El método ER introduce una corriente eléctrica en el suelo a través de electrodos en la superficie del suelo y la diferencia de potencial eléctrico, es medida por otros dos electrodos ubicados en la vecindad. La penetración de la corriente y el volumen de medición se incrementan al aumentar la distancia entre los electrodos. El ER es un método invasivo que requiere de un buen contacto entre el suelo y los 4 electrodos, por lo que se obtienen mediciones de menor precisión en suelos secos y con grava (Corwin y Lesch, 2005). Medición con inducción electromagnética (EM) Consiste en dos bobinas paralelas, separadas por una determinada distancia; una emite una onda electromagnética y la otra actúa como receptora. Al propagarse dicha onda en un medio conductor de la electricidad, como lo es un suelo salino y/o húmedo, la señal en la bobina receptora difiere de lo que sería en el vacío (Herrero y López, 1996). Es decir, una fracción del campo electromagnético secundario generado es interceptado por la bobina receptora y la señal amplificada y transformada en un voltaje de salida que está relacionado con la conductividad eléctrica del suelo, ponderada en función de la profundidad (Corwin y Lesch, 2005). Uno de los sensores electromagnéticos más utilizados es el EM-38 diseñado para medir la salinidad del suelo. Para medir la CE a diferentes profundidades el sensor se coloca a diferentes alturas sobre el suelo, tanto en dirección horizontal (0.75m) 23 como vertical (1.5m) (Corwin y Lesch, 2005b). Tiene una separación fija entre bobinas de 1m, opera con una frecuencia de 13.2 Khz y se alimenta con baterías de transistores de 9 Vols. Este modelo da una lectura de CE a en tres intervalos de 0 a 100, de 0 a 300 y de 0 a 1000 dS∙m-1. Un problema clásico de los métodos de inducción electromagnética, es la conversión de las lecturas del sensor a los parámetros comunes de edafología como la conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo que, además, corresponden a intervalos de profundidad del suelo determinados. Por lo que se han desarrollado métodos de calibración que relacionan la lectura del sensor con la CE medida con sonda de cuatro electrodos, o con la CE del extracto de saturación (Herrero y López, 1996). 4.9. Manejo y Recuperación de suelos afectados por sales De acuerdo con Cepeda (2002), antes de iniciar la recuperación de suelos afectados por sales, es esencial conocer lo siguiente: Salinidad o sodicidad del suelo. Calidad del agua de riego. Naturaleza y distribución de las sales en la zona de raíces del suelo. Nivel de agua del subsuelo. Condiciones de drenaje. 4.9.1. Recuperación de suelos salinos La recuperación de suelos salinos consiste en el lavado del suelo con el fin de disolver y eliminar el exceso de sales presentes (Fassbender y Boornemisza, 1987). Para evitar una progresiva salinización de suelo, las sales aportadas han de ser lavadas de la zona radicular y evacuadas por el sistema de drenaje. Por tanto, el drenaje, además de mantener bajo control la posición de la capa freática deber permitir un balance de sales favorable (Martínez, 1986). 24 En condiciones de campo, la distribución de la salinidad en un suelo varía a lo largo del año y en función de la profundidad considerada, ya que las lluvias provocan un flujo descendente del agua del suelo y con él un lavado de sales. En un momento determinado, la evapotranspiración hará que el flujo se invierta y se produzca un reascenso de sales (Porta y López, 2003). Para esto hay que tener en cuenta dos conceptos (TRAGSA, 2003): Fracción de lavado (LF): es la fracción de agua aplicada con el riego que realmente atraviesa la zona radicular y aparece como agua de drenaje. Se calcula con la siguiente fórmula: LF Ld Lr Ecuacion 3 Donde Ld es la cantidad de agua que percola por debajo de la zona radicular y Lr es la cantidad de agua de riego infiltrada, ambas se expresan en mm. Requerimiento de lavado (LR) o LF necesaria: Fracción calculada de agua que debe pasar a través de la zona radicular para mantener la conductividad eléctrica o la RAS a un determinado valor o por debajo de él. Puede determinarse por diferentes métodos, ya sean empíricos o analíticos. 4.9.2. Recuperación de suelos sódicos En el caso de los suelos sódicos, un lavado no es suficiente para lograr la recuperación del suelo, ya que el sodio se encuentra retenido en un estado intercambiable por las partículas coloidales del suelo, por lo que es necesario primero separarlo de ellas; el intercambio se logra mediante la adición de compuestos químicos conocidos como mejoradores, los cuales aportan calcio soluble al suelo, o bien solubilizan el calcio precipitado existente en el suelo (Oster et al., 1989). 25 Algunos de los mejoradores que se utilizan para la mejora de suelos sódicos se muestran a continuación (Cuadro 4.9-1): Cuadro 4.9-1. Tipos y características de los mejoradores Mejorador Solubilidad Denominación Composición (gL-1) Yeso CaSO4·2H2O 2.6 Azufre S 0 Acido sulfúrico H2SO4 Muy alto Carbonato de calcio CaCO3 0 Cloruro de calcio CaCl2 813 Nitrato de calcio Ca(NO3)2 60 Sulfato ferroso FeSO4·7H2O 30 Sulfato férrico Fe2(SO4)3·9H2O Pirita FeS2 (30% S) Polisulfuro cálcico CaS5 Fuente: Porta y López (2005). Cantidades basadas en el supuesto de materiales puros al 100% 4.9.3. Recuperación de suelos salino-sódicos La recuperación de suelos salino-sódicos debe consistir en un lavado para eliminar el exceso de sales y en la aplicación de mejoradores, ya que si solo se lavan las sales, las condiciones empeorarán convirtiendo el suelo en sódico (Fassbender y Bornemisza, 1987). En este caso la lámina aplicada tendrá tanto la función de lavar sales, como la de disolver el mejorador. Al igual que en los suelos sódicos, los mejoradores más frecuentemente utilizados son el yeso y el azufre. El Ca++ aportado por el yeso (CaSO4·2H2O) sustituye a la mayoría de los iones Na+ presentes en los sitios de intercambio, de manera que se impide la dispersión. El sulfato de sodio formado es soluble, por lo que puede eliminarse del suelo por lavado. Sin embargo, para que esto suceda de manera deseada, debe aplicarse yeso en cantidad suficiente para eliminar de la solución la 26 mayor parte del ion carbonato. Esto es importante ya que el Na2CO3 en solución produce un pH muy elevado, mientras que el Na 2SO4 es una sal neutra. El exceso de iones Na+ y SO4 se eliminan por lavado (Thompson y Troeh, 1988). 4.10. Aspectos básicos de geoestadística Uno de los principales problemas de las Ciencias de la Tierra reside en la elección del tamaño de unidades representativas de la variabilidad espacial. En Edafología, la precisión con la que pueden conocerse las propiedades del suelo en cualquier punto depende en buena medida del grado de variación del área elegida para el muestreo, es decir de la heterogeneidad de la misma. Por otra parte, el número de observaciones que se puede efectuar en el área de muestreo es limitado, por lo que frecuentemente es necesario extrapolar las propiedades de puntos en que son conocidas a otros en que se desconocen, y ello está críticamente condicionado por la variabilidad en la unidad representativa (Ulloa et al., 2003). La variabilidad es el producto de la acción de factores formadores del suelo y sus interacciones en un continuum espacio-temporal. Dada la naturaleza de la variación del suelo, el tipo y las causas de la heterogeneidad que se pueden identificar en los estudios de variabilidad dependen en gran medida de la escala y la frecuencia de las observaciones (Ulloa, 2002). Una alternativa para describir los patrones de distribución espacial es el uso de la Geoestadística, que emplea información acerca del valor que toma la variable y además de la ubicación espacial de los puntos de muestreo a fin de resumir la correlación entre puntos. 4.10.1. Definición Se define como la aplicación de la teoría de funciones aleatorias o “variables regionalizadas”, es decir las variables que presentan una estructura espacial de correlación, a la estimación de procesos o fenómenos espaciales (Tannure y Mazza, 2004). 27 La Geoestadística utiliza funciones para modelar la variación espacial, y estas funciones son utilizadas posteriormente para interpolar en el espacio el valor de la variable en sitios no muestreados. La fortaleza de la Geoestadística es que esta interpolación (conocida como Kriging) es considerada una estimación muy robusta ya que se basa en la función continua que explica el comportamiento de la variable en las distintas direcciones del espacio, y que en contraste con otros métodos de interpolación, permite asociar la variabilidad de la estimación (Gallardo, 2003) 4.10.2. Semivariogramas La representación gráfica de todas las varianzas en función de la distancia que separa a las muestras es el semivariograma, y el cálculo de la varianza entre pares separados por intervalos de distancia se conoce como semivarianza (γ), estimada como: (h) n(h) 1 N (h) Z ( x) 2 i 1 2 Z(x h) Donde, γ(h) es la semivarianza para todas las muestras localizadas en el espacio separado por el intervalo de distancia h. N(h), es el número total de pares de muestras separados por un intervalo de distancia h. Z(x) es el valor de la muestra en una localización x. Z(x+h) es el valor de la muestra a la distancia de intervalo h desde x. En el figura 4.10-1 se muestra un ejemplo de semivariograma empírico mostrando la semivarianza de valores de materia orgánica del suelo separados por distancias crecientes. 28 Figura 4.10-1. Semivariograma empírico El semivariograma proporciona bastante información del comportamiento espacial de una variable. Sin embargo, es necesario ajustar una función para cuantificar el grado y escala de variación espacial (Rossi et al., 1992). Para esto existen numerosos modelos que se utilizan en geoestadística, siendo los más usados el modelo esférico, el modelo exponencial, el modelo gaussiano y el modelo lineal. El ajuste a una función permite extraer una serie de parámetros (figura 4.10-2), que son los que van a ser usados para la interpolación geoestadística y que definen el grado y escala de variación espacial: Rango (A0): es la distancia a la que la semivarianza deja de aumentar. Es decir, indica la distancia a partir de la cual las muestras son espacialmente independientes unas de otras, y caracteriza el tamaño de grano o mancha que representa la variable. Nugget o Efecto Pepita (C0): es la varianza no explicada por el modelo, y se calcula como la intercepción con el eje. Esta varianza normalmente está indicando variabilidad a una escala inferior a la muestreada. 29 Meseta o sill (C0+C): es la máxima varianza entre pares de puntos y debe coincidir con la varianza de la población. Es un valor límite constante. (C/C0+C): proporciona el grado de variación espacial, y por tanto el grado de incertidumbre a la hora de interpolar puntos en el espacio. Figura 4.10-2. Parámetros de ajuste del semivariograma a funciones matemáticas Los criterios para seleccionar un modelo u otro dependen de los objetivos del trabajo. El modelo esférico es el más usado, porque tiene verdadero sill, seguido del exponencial. Aunque el gaussiano refleja muy bien la continuidad espacial, la interpolación de puntos es muy exigente con respecto a los valores de entrada, produciendo frecuentemente representaciones gráficas alejadas de la realidad. Por último el modelo lineal, ya que refleja una pobre estructura espacial, (Rossi et al., 1992). 4.10.3. Isotropía y Anisotropía Cuando se analiza la estructura espacial de una variable en dos o tres dimensiones, se puede encontrar isotropía o anisotropía en la variación de la propiedad (Delfiner, 1979). Cuando la variación del valor de la variable con el espacio es igual en todas direcciones de este, se considera que es un semivariograma omnidireccional. Si 30 esto ocurre, se dice que la variable tiene un comportamiento isotrópico. Pero si la variación espacial es diferente en las distintas direcciones del espacio, entonces la variable presenta anisotropía (Gallardo, 2003). Si se sospecha que puede ocurrir este fenómeno es interesante realizar semivariogramas considerando por separado varias direcciones del espacio (semivariogramas direccionales). La construcción de semivariogramas anisotrópicos requiere un ángulo de tolerancia, de forma que todos los puntos del área de estudio sean usados (Rossi et al., 1992). Por ejemplo, si se realizan cuatro semivariogramas correspondientes a 0º, 45º, 90º y 135º, y se añade un ángulo de tolerancia de 22.5º, todos los puntos del área son usados en uno u otro semivariograma como se muestra en la figura 4.10-3. Figura 4.10-3. Semivariogramas con diferencias en continuidad espacial 4.10.4. Kriging El Kriging es la técnica de interpolación utilizada en geostadística, mediante la cual, a partir de varias mediciones de una variable en puntos conocidos y del semivariograma correspondiente, ajustado a un modelo teórico, es posible estimar los valores de la variable en puntos intermedios (Tannure y Mazza, 2004). 31 Cuando se estiman los valores en posiciones no muestreadas, se dice que el kriging es puntual, cuando se estiman los valores como promedios espaciales relativos a una longitud, área o volumen definidos, entonces el kriging es de bloques (Sommer et al., 2000). La principal ventaja del krigeado consiste en que, usando la información contenida en el semivariograma, los mapas de valores estimados son óptimos, en el sentido de que se obtiene la mejor estimación lineal posible (Ulloa et al., 2003). En la mayoría de los casos la interpolación por bloques (que produce un “suavizado” de las estimas) correlaciona mejor con los valores verdaderos, siendo generalmente más exacta que la interpolación puntual (Isaaks y Srivastava, 1989) El resultado final del kriging es un mapa con los valores interpolados de la variable. Sin embargo, a diferencia de otras técnicas, la geostadística permite que cada interpolación lleve asociado un grado de incertidumbre que puede también ser representado en el espacio (en forma de varianza o desviación estándar). Por tanto, a cada punto del espacio interpolado se le puede asociar una distribución teórica, lo que además permite la posibilidad de realizar simulaciones probabilísticas, representando el resultado del kriging como la probabilidad de que la variable alcance un determinado valor. De acuerdo con Sommer et al. (2000) en la aplicación de las técnicas de kriging, pueden identificarse los siguientes pasos: 1. Análisis estadístico exploratorio de los datos 2. Estimación y modelado de la función que cuantifica la correlación espacial. 3. Uso de la función de correlación espacial para determinar la serie de ecuaciones lineales que determinan los pesos del estimador de kriging. 4. Generación de valores estimados y las estimaciones de desviaciones estándar (minimizadas) asociadas. 32 4.11. Aplicación de la Geoestadística en la Edafología La utilidad potencial de los métodos geoestadísticos en Edafología fue reconocida por vez primera en la década de los años setenta por los grupos de trabajo de las universidades de Davis (California) y Oxford (Inglaterra) interesados en estudiar la variabilidad del suelo. El trabajo pionero en este campo fue la tesis doctoral de D. J. Giltrap defendida en Oxford en 1977. Pronto se publicaron diversos trabajos llevados a cabo fundamentalmente en EEUU, Alemania e Israel. Posteriormente, se asistió a la proliferación de trabajos de Edafología que utilizan la geoestadística como herramienta de un modo reiterativo. Inicialmente, la geoestadística se aplicó en Física de suelos, en donde se conocían bien los problemas planteados por la variabilidad espacial, así como la influencia del denominado efecto de escala sobre la determinación de diversos parámetros (Ulloa et al., 2003). Con posterioridad la geoestadística se aplicó a la evaluación de suelos y más tarde a la fertilidad y al análisis de problemas de contaminación En seguida se mencionan algunos trabajos recientes sobre geoestadística y su aplicación en el estudio de variabilidad espacial de las propiedades del suelo: Hummatov et al. (1992) estudiaron la densidad aparente, el contenido de humedad y la capacidad de intercambio catiónico de suelos forestales, y encontraron la periodicidad en la distribución de las propiedades estudiadas. Resultados similares fueron obtenidos por Bruckner et al. (1999), quienes encontraron periodicidad con un periodo de 1 – 1.5 m para humedad, acidez, respiración y velocidad de mineralización de N en la capa litter, usaron un modelo esférico de variograma. Ortiz (1999), determinó la variación espacial y temporal de la salinidad en una zona afectada por sales, con separación de 100 m entre sitios, correspondientes a dos épocas de muestreo. Y concluyó que, variación a lo largo del año es menor. 33 a mayores profundidades, la Ulloa et al. (2003), aplicaron técnicas de geoestadística al estudio de las propiedades generales del suelo en una pequeña cuenca agrícola. Tomaron muestras en 79 puntos, es decir, una densidad de muestreo de 3.2 muestras/ha. La distancia entre los puntos más próximos fue de 0.5 m y la de los más alejados 60 m. Las muestras se tomaron entre 0-30 cm de profundidad. Concluyeron que, la simulación puede reproducir fluctuación de menor amplitud que el krigeado. Roque et al. (2005), utilizaron métodos de la estadística clásica y de la geoestadística para la identificar el tamaño de la estructura de la variabilidad espacial de propiedades físico-hídricas del suelo a lo largo de un transecto de 196 m de largo. Al realizar el estudio, observaron que existió una alta dependencia espacial en la mayoría de las propiedades del suelo. Regalado y Ritter (2005), estudiaron los parámetros de repelencia en la zona no saturada de una cuenca forestal de 44 ha en el Parque Nacional de Garajonay, y observaron que estos muestran tendencias espaciales similares, con estructuras de correlación de tipo exponencial, esférico o gaussiano. 34 5. Descripción de la zona de estudio 5.1. Ubicación El área del ex lago de Texcoco pertenece hidrológicamente a la Cuenca del Valle de México, que corresponde a la porción localizada en el extremo sur de la Región Hidrológica 26, Alto Panuco (Cruickshank, 1998). Se encuentra localizada al noroeste de la Ciudad de México y queda comprendida entre los paralelos 19° 22’ y 19° 37’ de latitud norte y los meridianos 98° 54’ y 99° 03’ de longitud oeste (Figura 5.1-1). En promedio se ubica a una altitud sobre el nivel del mar de 2236 m. La zona forma parte del Estado de México, y está constituida por porciones de los municipios de Acolman, Atenco, Chicoloapan, Chimalhuacán, Ecatepec, La Paz, Tezoyuca y Texcoco. (SRH, 1971). Figura 5.1-1. Localización del área de estudio 35 5.2. Clima El clima de la región de Texcoco es semiseco con verano fresco (temperatura media del mes más caliente inferior a 18°C) y lluvioso, e invierno con total de lluvia menor del 5% del total anual (BS1 Kw(w)(1’)). La temperatura media anual es de 15.3°C, con una variación de 6.4°C; la media más baja se registra durante el mes de enero, con 11.6°C, y la media más alta en el mes de junio, con 18°C. La temperatura máxima alcanza de 30 a 32 oC entre abril y junio. Al comenzar la estación de lluvias, la insolación disminuye, los días son más frescos y se mantienen temperaturas máximas entre 26 y 29 oC de julio a octubre; mientras que en la estación fría, varia de 26 a 28oC (Cruickshank, 1998). La precipitación media anual es de 544.2 mm, con una precipitación anual máxima de 697.3 mm y una mínima de 432.1 mm. La temporada de lluvias comienza a mediados de mayo y termina en octubre, siendo julio el mes más lluvioso y febrero el más seco; la precipitación en términos de porcentaje se distribuye en un 87% para el período lluvioso y 12.2% para el período seco. La región del lago recibe en promedio 852 horas más de insolación que la estación de Tacubaya, al poniente de la ciudad; este incremento se refleja en una mayor energía de calor que induce a la evaporación. La evaporación media anual, dentro del lago, asciende a 2519 mm, mientras que en estaciones vecinas es de 1200 a 1600 mm. Los vientos que predominan en la zona son de tres tipos: vientos de altura, vientos rasantes y vientos convectivos. Los de altura son los del oeste, provienen de la Sierra del Ajusco a una altura aproximada de 3000 msnm. Los rasantes son los del noreste, sureste, norte y noroeste. Los del noroeste son polares que entran al Lago de Texcoco; los del sureste provienen del antiguo lago de Chalco, los del norte, son vientos fríos que corren de norte a sur durante las noches y los vientos del noroeste provienen de la Sierra de Pachuca. El intenso calentamiento del aire 36 superficial origina movimientos convectivos de masas de aire, provocando remolinos que se proyectan a gran altura, llevando en suspensión grandes cantidades de polvo. Los vientos máximos varían de 4 a 11 m/s, y son mayores de 9 m/s de marzo a mayo, periodo de más frecuencia de las tolvaneras. 5.3. Geología La Cuenca del Valle de México se ubica al centro del eje volcánico, que atraviesa el territorio nacional y que va desde la costa del Pacifico hasta el Golfo de México, ha estado sujeta a grandes movimientos tectónicos, así como a erupciones volcánicas, desde el Terciario hasta épocas recientes. Las formaciones geológicas del Terciario comprenden restos de volcanes estratificados, tobas, brechas, derrames de lavas y depósitos laháricos, por ello se presentan varios tipos de rocas, que afloran principalmente a pie de monte de las sierras que limitan la cuenca al este, oeste y norte. En el Terciario superior se presentaron grandes depósitos de lavas al este y oeste de la cuenca, así como las series andesíticas antiguas de Iztaccihuatl y del Ajusco. Durante el cuaternario se inicio un último ciclo de vulcanismo, formándose los volcanes Cerro Gordo, Chimalhuacán, Cerro de la Estrella y Chiconautla. Posteriormente con lavas basálticas cerraron la cuenca por el sur (Cruickshank, 1998). Las formaciones que limitan la subcuenca del ex lago de Texcoco están representadas por rocas ígneas intrusivas y extrusivas que han ido acumulando cenizas, lavas, brechas, tobas, aluviones, depósitos lacustres y suelos durante los períodos de intensa actividad volcánica y de erosión (SHR, 1971). Los sedimentos lacustres cuaternarios ocupan el fondo del ex lago superyaciendo discordantemente a la formación Tarango. En La figura 5.3-1 se puede observar la geología superficial correspondiente al lago de Texcoco. 37 Figura 5.3-1. Geología superficial del Valle de México 5.4. Estratigrafía Los depósitos más importantes, son de tipo lacustre, conformados por los sedimentos del Lago de Texcoco. Por su naturaleza los depósitos lacustres en el área conforman acuíferos de permeabilidad variable; de media a alta en arenas y de baja a media en arcillas y limos respectivamente (Cruickshank, 1998). Las rocas aflorantes alrededor de la zona de estudio, constituidas por basaltos y andesitas del Terciario y el Cuaternario, son materiales de gran importancia geohidrológica debido a que representan doble porosidad: primaria y secundaria. Los depósitos de lahár Ts(bs) de la sierra Nevada, localizados al este del lago, por su granulometría y porosidad primaria; su posición topográfica los hace ser una importante fuente de recarga para las unidades medias y profundas de los acuíferos. Así mismo, los productos piroclásticos del pleistoceno, la brecha volcánica intermedia, la brecha volcánica básica, la toba básica, al igual que los 38 depósitos aluviales, tienen características geohidrológicas interesantes debido a su granulometría que les proporciona una porosidad primaria. Las edades de las rocas en el área de interés varían del terciario Tardío al Reciente; predominan pleisticénicas, que en su mayoría se originaron durante la actividad volcánica de Tezontepec (CFE, 1992). La estratigrafía general de los depósitos de la zona del lago de Texcoco, basado en las unidades litológicas de la carta geológica de la Ciudad de México, se muestra en el Cuadro 5.4-1. Cuadro 5.4-1. Estratigrafía del Lago de Texcoco Cenozoica Era Período Unidad litológica Descripción Brechas andesíticas Brecha volcánica constituidas por clastos intermedia desde tamaño lapilli hasta Ts(Bvi) bloques. Terciario Lahár formado por fragmentos angulosos de Brecha sedimentaria andesitas porfídicas, en una Ts(bs) matriz arenosa de grano medio. Fragmentos piroclásticos de Toba básica Q(tb) composición básica, de tamaño de ceniza y lapilli Alternancia de derrámense Basalto-Brecha volcánica basálticos y pseudoestratos básica Q(B-Bvb) de material piroclástico de las misma composición. Cuaternario Fragmentos piroclásticos, Brecha volcánica básica escoriáceos y bombas Q(Bvb) volcánicas. Depósitos aluviales y piroluviales, con predominio Aluvial Q(al) de limo y arcilla provenientes de rocas ígneas extrusivas. Fuente: INEGI (1981); Cruickshank (1998). 39 5.5. Hidrología La cuenca del Valle de México es de naturaleza endorreica y drena fácilmente por obras de ingeniería, hacia el río Tula a través del Tajo de Nochistongo y los túneles de Tequixquiac. Posee una superficie aproximada de 9600 Km 2 y limita al norte con las cuencas de los ríos Tula y Meztitlán; al poniente con la cuenca del Alto Lerma; al sureste del Alto Balsas y al oriente con la cuenca de río Tecolutla. El sistema hidrográfico de la cuenca del Valle de México consiste en su mayor parte de escurrimientos efímeros e intermitentes de carácter torrencial, con avenidas de corta duración y arroyos secos durante el estiaje. El drenaje es de tipo radial centrífugo, dendrítico y dendrítico paralelo. Figura 5.5-1. Ríos tributarios que alimentan el lago de Texcoco La cuenca del Lago de Texcoco abarca dos de las zonas hidrológicas del Valle de México, la zona VI, denominada Teotihuacán cuya área es de 930 Km2 y la VII, 40 denominada Texcoco, con una extensión de 1146 Km 2, lo que significa una superficie total de 2076 Km2 incluyendo las 10 000 ha de la zona federal. Como se puede apreciar en la Figura 5.5-1, el lago de Texcoco es alimentado por diferentes afluentes cuyos escurrimientos son cada vez menores debido a que el agua es interceptada para uso urbano. 5.6. Suelos Los suelos del ex Lago de Texcoco son de origen aluvial-lacustre y se desarrollaron a partir de sedimentos, producto de la alteración de rocas ígneas (Gutiérrez, 1997). Los suelos se componen de un material altamente hidratado asociado con una baja densidad aparente y presentan un contenido extremadamente alto en sales solubles y sodio intercambiable, así como un nivel somero de aguas freáticas saladas, un drenaje interno y superficial muy pobre (Gallardo y Penagos, 2002). Los suelos presentan horizontes enriquecidos con carbonato de calcio compuestos por diferentes rasgos calcíticos, sin embargo, es en las tierras blancas localizadas en las laderas y en los montículos presentes, donde la acumulación del carbonato es más intensa a grado tal que origina la formación de los horizontes cálcicos y petrocálcicos (Gutiérrez et al., 1998). Dentro del sistema de clasificación de la WRB (2007), los suelos del ex lago de Texcoco son considerados como Solonchaks gléyicos y Gleysoles cálcicos. Estos últimos son suelos de humedales que, a menos que sean drenados, están saturados con agua freática por períodos suficientemente largos para desarrollar un característico patrón de color gléyico. En el estudio realizado por la SRH en 1971, los suelos fueron agrupados en 8 categorías de acuerdo con sus niveles de salinidad y sodicidad (Cuadro 5.6-1). En el campo se observa en general que a partir de la categoría de “extremadamente 41 afectado”, los suelos se presentan desnudos, sin una cubierta vegetal, con gruesas costras de sales en la superficie. En las categorías de menor salinidad y sodicidad se encuentran las asociaciones de halófitas señaladas, y es en éstas áreas donde se ha logrado el mayor éxito en el establecimiento de pasto o las especies de Tamarix. Cuadro 5.6-1. Clasificación de los suelos según su grado de afectación Categoría CE (dS m-1) PSI Sin afectación <4 < 15 Ligeramente afectado 4–8 15 – 20 Moderadamente afectado 8 – 16 20 – 25 Fuertemente afectado 16 – 25 25 – 40 Muy fuertemente afectado 25 – 50 40 – 55 Extremadamente afectado 50 – 100 70 – 90 Muy extremadamente afectado 100 – 200 70 – 90 Excesivamente afectado > 200 > 90 Fuente: SRH (1971) 5.7. Fauna Actualmente la zona recibe anualmente en promedio 150,000 aves migratorias que viajan a través de la Ruta Migratoria del Centro. A la fecha, han sido identificadas 150 especies de aves, de las cuales 30 corresponden al grupo de aves playeras; siendo éste, un sitio clave de reproducción, hibernación, alimentación y descanso de diversas especies de aves playeras. Sobre las especies migratorias, se tienen registros de hasta 40,000 individuos al año del Falaropo pico-largo Phalaropus tricolor. Especies residentes más representativas son avoceta Recurvirostra americana, monjita Himantopus mexicanus, chorlo tildío Charadrius vociferus y Actitis macularius; el chorlo nevado Charadrius alexandrinus, no es especie residente, pero emplea la zona como área de anidación. 42 5.8. Vegetación Actualmente en la zona del ex-Lago de Texcoco existen dos tipos de asociaciones naturales: las asociaciones de halófitas y las asociaciones de hidrófitas. Asociaciones de halófitas Estas asociaciones de plantas poseen alta tolerancia a la salinidad del suelo. Este tipo de asociación está constituida principalmente por tres especies de la familia Poaceae: Distichlis spicata (L.) Greene, (pasto salado); Eragrostis obtusiflora Fourn., (zacahuistle), y Sporobolus pyramidatus (Lam.) Hitch., y una de la familia Chenopodiaceae: Suaeda torreyana (S. Wats.), conocida comúnmente como romerito. Existen otras especies en la zona y se encuentran incluidas en las asociaciones mencionadas. Estas se encuentran comúnmente a lo largo de caminos, canales y drenes. Dentro de las más comunes de estas especies se incluyen a Sesuvium portulacastrum (Aizoaceae), Atriplex semibaccata, Kochia scoparia (Chenopodiaceae), Heliotropium curassavicum (Boraginaceae), Tamarix chinensis (Tamaricaceae), Hordeum jubatum y Chloris sp. (Poaceae). Asociaciones de hidrófitas Este tipo de asociaciones de plantas acuáticas se encuentran a lo largo de drenes y canales, y en algunos de los sitios que aún presentan condiciones de inundación permanente. Algunos ejemplos son; Scirpus lacustris (Cyperaceae), Typha latifolia (Typhaceae), y algunas especies del género Lemna (Lemnaceae). 5.9. Problemática Al desecarse el lago, dio lugar a una serie de tensiones ambientales que desembocaron en un serio deterioro ecológico, como son la desertificación de los terrenos ocupados y circundantes y la creación de un foco de insalubridad que llegó a representar un grave peligro para la salud de la población del área metropolitana de la Ciudad de México. 43 6. Metodología 6.1. Sitios de muestreo Para conocer la variación y distribución de la salinidad del suelo, previamente se ubicó la zona de estudio en una imagen obtenida del programa Google Earth Pro (Figura 6.1-1), y se definieron los posibles sitios para la toma de mediciones. En toda el área de estudio, que abarca 5567.4 hectáreas, se decidió tomar las lecturas a una distancia promedio de 100 m de separación, ya que en muchos sitios no fue posible hacer un muestreo a una distancia menor por la presencia de áreas inundadas o por ser sitios de acceso restringido. Quedaron ubicados, aleatoriamente por toda el área de estudio, un total de 277 sitios como se muestra en la Figura 6.1-1. La toma de mediciones se realizó en la época seca del año (Febrero 2008), con el propósito de conocer los niveles máximos de salinidad alcanzados en el área de estudio. Figura 6.1-1. Localización de los sitios de medición 44 En cada uno de los sitios se tomaron medidas de Conductividad Eléctrica Aparente (CEa) a profundidades de 0–75 cm (posición horizontal) y de 0-150 cm (posición vertical), con el Sensor de Inducción Electromagnética Geonics Modelo EM-38 (Figura 6.1-2). Además, cada sitio de medición fue georreferenciado mediante un equipo GPS Garmin Etrex. Figura 6.1-2. Sensor de Inducción Electromagnética EM-38 El equipo EM-38 mide la Conductividad Eléctrica Aparente del suelo (CE a); por lo que, para poder transformar los valores de CEa a valores de Conductividad Eléctrica medida en extracto de pasta de saturación (CE s), es necesario realizar una calibración mediante un análisis de regresión entre datos medidos en campo y los obtenidos en el laboratorio. 6.2. Descripción del perfil de Suelo Para conocer el grado de salinidad, a diferentes profundidades, así como la concentración de iones y las características del suelo que intervienen en la manifestación de los efectos de la salinidad, se eligió un lugar con alto grado de afectación por sales, que si bien no es representativo para toda la zona de estudio, si representa un caso extremo de salinidad y permite conocer el comportamiento de las sales presentes. En este sitio se realizó un perfil de suelo a 2 m de 45 profundidad, del cual se tomaron muestras cada 10 cm, de modo que se obtuvieron un total de 20 muestras, mismas que fueron transportadas al laboratorio, secadas y tamizadas a través de una malla de 2 mm antes de realizar las determinaciones físicas y químicas. Se procesaron las muestras de acuerdo con las metodologías de la Norma Oficial Mexicana NOM-21-RECNAT-2000, que establece las especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de suelos, y se determinaron los siguientes parámetros: Textura (Método de Bouyoucos) Densidad aparente (Método de la parafina) A partir del extracto de pasta de saturación (tren de bomba de extracción), se realizaron las siguientes determinaciones: pH (potenciómetro) CE (puente de conductividad) Na+ (absorción atómica) Ca2+ (absorción atómica) Mg2+ (absorción atómica) CO3= (volumetría, titulación con ácido sulfúrico) HCO3- (volumetría, titulación con ácido sulfúrico) Cl- (volumetría, titulación con nitrato de plata) SO4= (gravimetría, precipitación como sulfato de bario) RAS (Ecuación 1) PSI (Ecuación 2) 6.3. Análisis geoestadístico Antes de iniciar el procesamiento de los datos de Conductividad Eléctrica obtenidos, se hizo necesaria la transformación de los valores de CE a que mide el equipo EM-38 en valores de CEs por medio de una regresión lineal. 46 Gallardo y Penagos (2002), en un estudio realizado en el Lago de Texcoco, obtuvieron dos ecuaciones, que relacionan los datos obtenidos en campo y los obtenidos en laboratorio. Con estas ecuaciones, el conjunto de datos de CE a fue convertido a valores de CEs, para ambas profundidades. Los valores obtenidos sirvieron para realizar tanto el análisis exploratorio de datos como el análisis geoestadístico, utilizando la Extensión Geostatistical Analyst contenida en el programa de computo ArcGis 9.2 y su aplicación ArcMap. AcrGis 9 es un software de Sistema de Información Geográfico (SIG) creado por ESRI para mapeo digital (Santiago, 2005), y que tiene una serie de aplicaciones integradas como ArcMap, ArcCatalog y ArcToolbox. El ArcMap es la aplicación usada para todas las actividades basadas en mapeo, incluyendo cartografía, análisis de mapas y edición (ESRI, 2002). La extensión Geostatistical Analyst ayuda a predecir valores para superficies usando el método Kriging, además incluye herramientas para obtener semivariogramas, errores estadísticos, umbrales y moldeamiento de probabilidad. 6.4. Análisis Exploratorio de datos Esta etapa es fundamental para que el análisis geoestadístico sea válido, puesto que el mismo está basado en la estimación y modelación de una función que refleja la correlación espacial de la propiedad que se estudia: el semivariograma. Para el análisis estadístico, se obtuvieron los conceptos básicos de la distribución de la muestra, como son: media mediana coeficiente de variación desviación estándar máximo mínimo 47 6.5. Semivariogramas Para estimar el grado de correlación espacial de la conductividad eléctrica, se obtuvieron los semivariogramas para ambas profundidades. Se construyó el semivariograma empírico y se eligió un tamaño de intervalo (lag) apropiado para que la estimación fuera consistente. Posteriormente, se obtuvo el modelo teórico que mejor se ajustó a la estructura espacial, esto para cuantificar el grado y escala de variación. Para determinar la posible existencia de anisotropía, se elaboraron semivariogramas con dirección de 0°, 45° y 90°. 6.6. Mapas de distribución de la salinidad Los mapas de distribución de la salinidad se generaron, de igual manera, con el software ArcGis 9 y su aplicación ArcMap, utilizando la extensión Geostatistical Analyst con el método de interpolación Kriging. Además de los mapas anteriores, se digitalizó el mapa de salinidad y sodicidad elaborado por la SRH (1971). Esto con la finalidad de compararlo con los mapas actuales y observar cómo ha variado el grado de salinidad del ex lago de Texcoco a través del tiempo. Con base en estos mapas y en la superficie que las distintas concentraciones de sales ocupan en el área de estudio, se realizaron las diferentes recomendaciones de manejo para cada zona en particular. 48 7. Resultados y discusión 7.1. Resultados del análisis de laboratorio Los resultados obtenidos de los análisis físicos realizados a las muestras de suelos se observan en el cuadro 7.1-1. Se puede apreciar que la textura predominante a lo largo del perfil es arcillosa, con porcentajes de arcilla de hasta más de 50% y una densidad aparente promedio de 1.14 g cm-3. Sin embargo, a los 150 cm y a los 170 cm, el suelo adquiere una textura franco arenoso, esto debido a la acumulación de arena que se presenta en esa zona. El porcentaje de limo, alcanza hasta 48% en la superficie y varía su contenido a lo largo del perfil. Cuadro 7.1-1. Análisis físicos del suelo Prof. (cm) 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-150 150-160 160-170 170-180 180-190 190-200 Arena (%) 10.0 10.0 17.1 22.3 14.6 14.2 22.8 9.6 49.6 37.3 32.0 31.8 12.8 30.3 30.5 51.6 14.5 63.4 27.7 30.0 Limo (%) 44.7 48.3 39.5 29.5 34.5 36.6 26.2 36.5 11.1 13.7 24.8 21.7 36.0 23.3 25.0 19.0 33.2 19.8 36.1 33.2 Arcilla (%) 45.3 43.7 43.3 48.2 50.9 49.2 51.0 53.9 39.3 49.0 43.2 46.5 51.2 46.4 44.5 27.4 52.3 16.5 36.2 36.8 Textura Limo arcilloso Limo arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcillo arenoso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Franco arcillo arenoso Arcilloso Franco arenoso Franco arcilloso Franco arcilloso D.A. g cm-3 1.05 1.06 1.12 1.15 1.19 1.17 1.14 1.16 1.15 1.18 1.19 1.18 1.17 1.12 1.09 1.16 1.17 1.12 1.10 1.11 La presencia de arcilla en la mayor parte del perfil, explica en gran medida el porqué de la baja permeabilidad y alta plasticidad del suelo. Además, tomando en cuenta el estudio realizado por Ortiz (1999), la arcilla dominante en esta área es la montmorillonita, que constituye el material comúnmente conocido en la zona como 49 “jaboncillo” y es responsable de los problemas de baja permeabilidad del área, debido a sus características de expansión, pero además, al estar saturada con sodio, se expande en mayor proporción. Es de suponerse, que debido a la clase textural predominante, la capacidad de retención de agua de estos suelos sea alta. Los resultados de los análisis químicos asociados con la salinidad, se muestran en el Anexo 1. A partir de esta información se observa que los valores de pH son altos, van desde 9.6 hasta 9.9, lo cual indica el alto grado de sodicidad de estos suelos. Seguido de esto, los valores de conductividad eléctrica, reflejan también la alta salinidad presente, ya que los valores, que oscilan entre 27 y 75 dS m-1, sobrepasan los límites comunes para denominar a un suelo como salino. Los valores más altos se encuentran cerca de la superficie, sin embargo van disminuyendo a partir de los 30 cm, y después de los 70 cm, se elevan gradualmente hasta alcanzar valores más altos que en la superficie. El mayor incremento se presenta a la profundidad de 160 cm. Probablemente esto se deba a la cercanía con el manto freático, donde también la textura es más arenosa, donde las sales ascienden hasta toparse con las capas más arcillosas que impiden el ascenso, y por lo tanto provocan una mayor concentración de la solución salina en esa zona. La alta concentración de los iones solubles Na+ (485 a 1868 mmol L-1), Cl- (303 a 1416 mmol L-1), CO3= (109 a 270 mmol L-1) y SO4= (43 a 250 mmol L-1), explica el porqué de los altos valores de conductividad eléctrica, ya que, como se sabe, la cantidad de corriente que circula por los electrodos varía directamente con la concentración total de las sales disueltas en el agua. El catión dominante es el sodio, siendo las concentraciones de calcio y magnesio muy bajas con respecto a este. La alta concentración de la solución de estos suelos ha llevado a la precipitación de sales menos solubles, como lo es el Ca++ y el Mg++, en particular carbonato y sulfato de calcio. Razón por la cual, en otras 50 áreas del ex Lago de Texcoco, se encuentran horizontes cementados debido a la lixiviación y precipitación del carbonato en horizontes inferiores. La sal más abundante es el cloruro de sodio, seguida por el carbonato de sodio y en menor proporción el sulfato de sodio. De acuerdo con las concentraciones de sodio, calcio y magnesio, aplicadas a la ecuación 1, los valores de la Relación de Absorción de Sodio (RAS), son sumamente elevados, llegan alcanzar valores de hasta 2600. Consecuentemente, el porcentaje de sodio intercambiable (PSI) también resulta elevado, con valores superiores a 86%. De acuerdo con lo anterior, se puede decir que el perfil presenta un alto grado de salinidad y sodicidad, que se manifiesta en costras de sales que se depositan en la superficie del suelo, especialmente en la estación seca del año, y en la baja permeabilidad del suelo creándose condiciones de saturación de humedad, anaerobiosis y reducción. Por tal motivo, y tomando en cuenta la clasificación del Laboratorio de Salinidad de Riverside (USA), citado por Montico (2007), el suelo puede considerarse como extremadamente salino; y extremadamente sódico de acuerdo con Aceves (1979) y Pizarro (1985). 7.2. Calibración del equipo EM-38 Para calibrar el EM-38, se relacionan los valores de Conductividad Eléctrica aparente (CEa) tomadas con el equipo y la Conductividad Eléctrica obtenida en el extracto de pasta de saturación (CEs), para generar un modelo de regresión que permita explicar la relación de los datos medidos y reales. Para este trabajo, se emplearon las ecuaciones generadas por Gallardo y Penagos (2002), ya que se obtuvieron a partir de datos tomados también del área del ex Lago de Texcoco, y por lo tanto, pueden ser aplicadas. Las ecuaciones son las siguientes: 51 Para el modo de dipolo horizontal del equipo (medición de CE a a 75 cm): CE s 6.36339 0.090314 * CE a Para el modo de dipolo vertical del equipo (medición de CEa a 150 cm): CE s 5.74724 0.0776853 * CEa Obtenidas estas ecuaciones, el conjunto de datos de CE a fue convertido a valores de CEs, para ambas profundidades. Estos datos, junto con sus respectivas coordenadas UTM se muestran en el Anexo 2 y 2a. 7.3. Análisis geoestadístico 7.3.1. Análisis Exploratorio de datos Con la finalidad de explorar las características de la muestra, se llevó a cabo el análisis estadístico de los datos de CEs, para ambas profundidades. Los resultados se muestran en el cuadro 7.3-1. Cuadro 7.3-1. Análisis estadístico exploratorio de los datos de CEs Parámetro Número Mínimo (dS m-1) Máximo (dS m-1) Media (dS m-1) Mediana (dS m-1) Desviación Estándar Coeficiente de variación Profundidad Log (Prof) Profundidad Log (Prof) 0-75 cm 0-75 cm 0-150 cm 0-150 cm 277 6.54 160.26 84.948 72.2 277 1.8779 5.0768 4.2164 4.2794 277 15.77 128.49 75.074 70.23 277 2.7581 4.8559 4.1957 4.2518 50.822 0.72434 34.038 0.52471 0.598 0.172 0.453 0.108 Con base en los datos anteriores y tomando en cuenta los histogramas de los datos de CEs (Figura 7.3-1 y 7.3-2), se observa que la muestra no tiene una distribución normal, por lo que se procedió a realizar un ajuste Log-normal, lo que 52 permitió considerar la muestra como normal. Los resultados correspondientes también aparecen en el cuadro 7.3-1. Como una comprobación rápida de este hecho, se puede observar que los valores de la media y mediana, para ambas profundidades, tienen valores aproximados, lo que es una evidencia de que los datos ahora tienen una distribución normal. Figura 7.3-1. Histograma de la muestra (profundidad 0-75 cm) Figura 7.3-2. Histograma de la muestra (profundidad 0-150 cm) La falta de normalidad para las variables edáficas no ha podido ser explicada; sin embargo, es posible que en el caso de este trabajo se deba a una marcada diferencia entre los suelos que se encuentran cubiertos de vegetación y los que 53 carecen de ella, situación que se asemeja a dos poblaciones diferentes mezcladas, en lugar de una población homogénea. Del análisis de los datos anteriores resaltan varios aspectos sobre la conductividad eléctrica de la zona, en primer lugar se observa que el valor medio es más alto a la profundidad de 0-75 cm (mayor de 80 dS m-1), que a la de 0-150 cm (75 dS m-1), el incremento se debe a la época de muestreo que se realizó en el periodo seco del año, cuando las sales se mantienen mayormente concentradas en la capa superficial. Este hecho coincide con lo reportado en el perfil del suelo. Por otro lado, el coeficiente de variación también indica que en la capa superficial la salinidad es más elevada, ya que el coeficiente es más alto que a la profundidad de 0-150 cm. Tomando en cuenta los valores mínimos y máximos de ambas profundidades, se observa que estos varían, lo cual indica que las sales se mueven de unos sitios a otros, es decir, existe una redistribución espacial en la salinidad. 7.3.2. Semivariogramas Como se ha mencionado, es recomendable que los datos se distribuyan normalmente, sin embargo los métodos geoestadísticos pueden aplicarse sin este requisito, y aun así representan una buena estimación. Por esta razón, los semivariogramas se elaboraron con los datos originales sin el ajuste Log-normal. Se realizaron los semivariogramas con dirección de 0°, 45° y 90° y se observó que éstos no mostraron anisotropía, por lo que se elaboraron solamente los semivariogramas isotrópicos. De los semivariogramas generados, el modelo que presentó mejor ajuste fue el modelo exponencial, sin embargo, se eligió el modelo esférico, ya que a diferencia del primero, este es el único que tiene un sill (meseta) verdadero. La variable sobre la cual se realizó el ajuste fue la conductividad eléctrica corregida (CEs), para ambas profundidades (0-75 y 0-150cm). 54 Los datos que se presentan en el cuadro 7.3-2 derivan de los semivariogramas generados para las dos profundidades, estos se muestran en las figuras 7.3-3 y 7.3-4. Cuadro 7.3-2. Parámetros geoestadísticos Parámetro Profundidad (cm) 0- 75 0- 150 Co 18.33 7.82 C + Co 27.55 13.17 a 39.33 41.4 100(C / [C + Co]) 33.47 40.62 r2 0.867 0.874 Donde: Co: Valor de nugget Co + C: Valor de la meseta a: Rango o alcance (m) 100 (C / [C + Co]): Dependencia espacial (%) r2: coeficiente de determinación (modelo esférico) Para los dos casos existe un efecto nugget, esto puede deberse a los errores cometidos al momento de la toma de lecturas con el sensor de inducción electromagnética, además de que la distancia mínima de separación entre las muestras, que en este caso fue de 100 m, resulta muy grande. Con base en los valores del rango obtenidos, se puede apreciar que la distancia óptima para la toma de lecturas a la profundidad de 0-70 cm y 0-150 cm, está a los 39 y 41 m respectivamente. A estas distancias las muestras se correlacionan espacialmente, lo cual quiere decir que la conductividad eléctrica presenta cambios a cortas distancias. Puede considerarse que esta correlación se deba a la presencia de iones de alta movilidad que constituyen la mayor parte de las sales de la zona de estudio, lo cual explica en parte su baja dependencia espacial. 55 Figura 7.3-3. Semivariograma de la CEs (profundidad 0-75cm) Figura 7.3-4. Semivariograma de la CEs (profundidad 0-150cm) Además, el valor de la dependencia espacial, menor a 50%, indica también la débil estructura espacial de la variable conductividad eléctrica. Esto debido a que la distancia a la que se hizo el muestreo resulta muy grande. Por lo cual, se puede decir que la distancia a la que se efectuaron las lecturas no fue la adecuada. 56 7.3.3. Mapas de distribución de la salinidad Para validar el modelo obtenido de los semivariogramas, el programa ArcGis 9.2 utiliza la validación cruzada. La finalidad del método es obtener un modelo de variabilidad que, mediante el krigging, permita la estimación óptima de la variable en puntos no experimentales. A partir de esto se generaron los mapas que muestran la distribución espacial de la salinidad a la profundidad de 0-75 cm y 0-150 cm. Para cada mapa generado se obtuvieron rangos de CEs, que indican diferentes niveles de salinidad presentes en la zona (Figuras 7.3-5 y 7.3-6). Se puede apreciar que no hay una diferencia notable en cuanto a los niveles de sales y el área que ocupan estas a las dos profundidades. Los niveles más bajos están por arriba de los 20 dS m-1 y los más altos sobrepasan los 100 dS m -1, valores que son bastante elevados para el desarrollo vegetal. Figura 7.3-5. Mapa de la distribución espacial de la salinidad (Prof. 0-75cm) 57 Figura 7.3-6. Mapa de la distribución espacial de la salinidad (Prof. 0-150cm) En ambos casos, los niveles más altos de salinidad se concentran al norte del área de estudio, que es el lugar más bajo de la zona y tiende a estar inundado la mayor parte del tiempo. La zona sur tiene niveles de salinidad más bajos, ya que, además de ser la parte alta del lugar, se encuentra cerca de infraestructura hidroagrícola (Anexo 3), que ha contribuido a la disminución de la salinidad. Con la finalidad de hacer una comparación entre los niveles de salinidad actuales con los obtenidos del estudio agrológico espacial realizado en esta misma zona (SRH, 1971), los niveles de salinidad se agruparon sólo en 3 rangos como se muestra en el cuadro 7.3-3. De acuerdo a esa clasificación, los suelos del área de estudio se catalogan por su grado de afectación por sales, en muy fuertemente afectado a muy extremadamente afectado. 58 Cuadro 7.3-3. Rangos de CEs (SRH, 1971) CEs (dS m-1) Grado de afectación 25 - 50 Muy fuertemente afectado 50 - 100 Extremadamente afectado 100 - 200 Muy extremadamente afectado En las figuras 7.3-7 y 7.3-8 se presentan los mapas correspondientes a la profundidad 0-75 cm y 0-150 cm, respectivamente. Los niveles de salinidad a la profundidad 0-75 cm se distribuyen por toda la zona de estudio, que abarca una superficie de 5567.4 ha, de la siguiente manera: Figura 7.3-7. Mapa de salinidad del ex lago de Texcoco (Prof. 0-75cm) 59 CEs de 25 a 50 dS m-1 (área azul): abarca 1,315.6 ha, que equivale a 23.6% de la superficie total de la zona de estudio. CEs de 50 a 100 dS m-1 (área amarilla): abarca 2,671.2 ha, que equivale a 48.0% de la superficie total de la zona de estudio. CEs de 100 a 200 dS m-1 (área roja): abarca 1,580.6 ha, que equivale a 28.4% de la superficie total de la zona de estudio. Para la profundidad 0-150 cm, los niveles de salinidad se distribuyen de la manera siguiente: Figura 7.3-8. Mapa de salinidad del ex lago de Texcoco (Prof. 0-150cm) CEs de 25 a 50 dS m-1 (área azul): abarca 1,343.4 ha, que equivale a 24.1% de la superficie total de la zona de estudio. CEs de 50 a 100 dS m-1 (área amarilla): abarca 3,441.4 ha, que equivale a 61.8% de la superficie total de la zona de estudio. 60 CEs de 100 a 200 dS m-1 (área roja): abarca 782.5 ha, que equivale a 14.1% de la superficie total de la zona de estudio. En la mayor parte de la zona de estudio, la CE s está entre 50 y 100 dS m-1. Sin embargo, el área ocupada por estos rangos de CEs, es mayor a la profundidad de 0-150 cm. Una menor superficie está ocupada por CEs por arriba de 100 dS m-1, siendo el valor máximo de 154 dS m-1, que corresponde a la profundidad 0-75 cm. En seguida se muestra el mapa de salinidad (Figura 7.3-9), obtenido del Estudio Agrológico Especial del ex lago de Texcoco (1971). Cabe mencionar que este mapa abarca una superficie mayor, sin embargo, para fines de comparación, se tomó en cuenta la misma zona de estudio de este trabajo. Figura 7.3-9. Mapa de salinidad del ex lago de Texcoco (SRH, 1971) La distribución de los niveles de salinidad, en este caso, queda de la siguiente manera: 61 CEs de 50 a 100 dS m-1 (área amarilla): abarca 74.1 ha, que equivale a 1.3% de la superficie total de la zona de estudio. CEs de 100 a 200 dS m-1 (área roja): abarca 4960.2 ha, que equivale a 89.1% de la superficie total de la zona de estudio. CEs de > 200 dS m-1 (área negra): abarca 420.3 ha, que equivale a 7.5% de la superficie total de la zona de estudio. Agua (área blanca): abarca 112.8 ha, que equivale a 2.1% de la superficie total de la zona de estudio. Los valores de CE reportados son bastante elevados, llegándose a presentar áreas que sobrepasan los 200 dS m-1. Estos altos niveles de salinidad, principalmente en el subsuelo, se deben a la presencia del manto freático somero y a su gran contenido de sales, provenientes del lavado de las zonas altas que se encuentran alrededor del Valle de México, cuyos materiales corresponden a rocas ígneas intrusivas y extrusivas, y fueron aflorando por capilaridad ensalitrando los terrenos volviéndolos impropios para la agricultura. Los resultados anteriores, comparados con los de las figuras 7.3-7 y 7.3-8, muestran que los niveles de salinidad se han reducido, debido a la implementación de acciones de recuperación de las zonas degradadas, que iniciaron a partir de 1971 con el Proyecto Lago Texcoco, y han logrado que poco a poco disminuyan las condiciones de salinidad en la zona de estudio. A pesar de lo anterior, los niveles de salinidad siguen siendo bastante altos para la mayoría de las especies vegetales, lo que ha provocado que gran parte de la zona quede sin cobertura vegetal y disminuya la recarga de acuíferos. Esto, aunado a la composición mineralógica de los suelos y al rápido crecimiento de la Ciudad de México y su área conurbada, ha originado un deterioro ecológico, que se ha convertido ya en un problema social. 62 8. Conclusiones Mediante técnicas geoestadísticas se pudo conocer la distribución espacial de la salinidad. La distancia óptima para realizar un buen muestreo para salinidad en la zona del Ex Lago de Texcoco, está entre los 39 y 41 metros, lo cual representa las distancias máximas de muestreo a las cuales los valores de CEs se correlacionan. En el perfil de suelo, los valores más altos de CEs se presentan tanto en la superficie como a mayor profundidad. Esto debido a la alta concentración de sales en la superficie en temporada seca y a la cercanía con el manto freático. El uso del método de inducción electromagnética permite realizar, de manera rápida, económica y confiable, una estimación de los niveles de salinidad en áreas muy grandes. Una forma de integrar la información espacial contenida en los semivariogramas es mediante el método de Kriging, que permite obtener valores de CEs en puntos no muestreados y que representa el comportamiento espacial de la salinidad. Los mapas generados muestran que los valores de CEs, para las dos profundidades, son bastante altos, variando solamente en la superficie que ocupa cada uno, además estos se concentran en la parte norte de la zona de estudio. La metodología utilizada proporciona una herramienta para la interpretación de la distribución espacial de la salinidad, de fácil implementación y con la cual se pueden plantear estrategias para el mejoramiento del suelo. 63 9. Recomendaciones Aunque los elevados niveles de salinidad presentes en los suelos de la zona del Ex Lago de Texcoco, hacen que su manejo se dificulte, se puede considerar lo siguiente: En las áreas donde los rangos de CEs están entre los 25 y 50 dS m-1, establecer especies vegetales resistentes a la salinidad, como Distichlis spicata, que resiste conductividades eléctricas hasta de 30 dS m-1 y Tamarix sp, así como otras menos tolerantes como Sporobolus pyramidatus. En las áreas donde los rangos de CE están entre los 50 y 100 dS m-1, establecer Suaeda torreyana que resiste conductividades eléctricas de hasta 80 dS m-1. El propósito del establecimiento de cobertura vegetal en la mayor parte de la zona de estudio, permitirá controlar las tolvaneras que se generan. Sin embargo, hay que considerar que para sostener y mejorar la situación, es indispensable tomar en cuenta el drenaje de la zona. El diseño y construcción de un nuevo sistema de drenaje para la zona con CE mayor a 100 dS m-1, con la finalidad de reducir los niveles de salinidad al menos por debajo de este rango. Aunque hay que tener en cuenta el costo que esto implicaría y el tiempo que se llevaría en lograrlo. Para esa misma zona establecer una planta productora de alga spirulina, ya que crece en aguas altamente alcalinas. Es utilizada como alimento humano por su alto contenido de nutrientes y actualmente es muy demandada. Esto permitiría, en primer lugar, reducir el área expuesta sin vegetación ideal para que los vientos formen tolvaneras. Por otra parte, generar empleos principalmente para la población del área circundante. 64 Recargar los acuíferos mediante el tratamiento de aguas residuales y la inyección de agua tratada al subsuelo, lo que contribuye a frenar el hundimiento de la ciudad. Planificar los asentamientos humanos en la zona metropolitana del Valle de México, ya que esto representa un problema ambiental. Además los terrenos no son los más aptos para la construcción de viviendas, debido a los incrementos considerables de temperatura en algunas áreas y a la presencia de arcillas expansibles en estos suelos. 65 10. Literatura citada ABDEL, M. G. y MOUNIR, T. M. 1964. Electric Conductivity of the saturation extract as an index of soil salinity. Proc. 8th Intern. Congress of Soil Science, Bucharest. ACEVES, L. 1981. Los terrenos ensalitrados y los métodos para su recuperación. UACH. Chapingo, México. BASILEVICH, N. 1970. The geochemistry of soda soils. Israel program for Scientific Translations. Jerusalem. BATLE-SALES, J., HURTADO, A. y BATLE-MONTERO, E. 2000. Cartografía quasi-tridimensional de cambios multitemporales en la salinidad del suelo, mediante medida del campo electromagnético inducido y Geoestadística. La Edafología y sus perspectivas al Siglo XXI. 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Anexos Anexo 1. Análisis químicos relacionados con la salinidad Prof. cm 0-10 10-20 20 -30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-150 150-160 160-170 170-180 180-190 190-200 Textura Limo arcilloso Limo arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcillo arenoso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Arcilloso Franco arcilloarenoso Arcilloso Franco arenoso Franco arcilloso Franco arcilloso CE dS m-1 pH Na+ mmol L-1 Ca++ mmol L-1 Mg++ mmol L-1 RAS PSI CO3= mmol L-1 HCO3mmol L-1 Clmmol L-1 SO4= mmol L-1 46.6 9.8 1186.3 0.7 0.5 1531.5 95.7 243.5 15.5 808.3 75.6 53.2 9.8 1100.3 0.9 0.5 1315.1 95 197.6 17.5 741.4 73.1 38.3 29.0 27.3 28.4 35.8 42.3 9.7 9.7 9.7 9.6 9.6 9.7 850.6 485.1 560.2 569.3 790.3 586.4 1.3 1.5 1.1 0.8 0.8 0.7 0.8 1 0.8 0.7 1 1.1 830.1 433.8 574.7 657.3 833.0 618.1 92.4 86.4 89.4 90.6 92.4 90.1 208.5 110.6 120.5 139.2 187.4 109.5 21.2 20.0 23.5 16.2 15.4 18.7 539.6 303.0 378.4 391.3 530.8 397.6 68.6 47.2 44.5 43.0 56.5 57.8 39.8 9.7 726.5 1 0.7 787.9 92 180.3 15.6 456.5 63.2 38.4 47.9 50.1 52.3 56.2 58.5 9.8 9.8 9.8 9.8 9.8 9.7 964.0 1127.3 1220.8 1330.5 1307.5 1407.8 1.2 0.8 0.9 1.3 1.3 0.8 0.5 0.3 0.7 0.4 0.9 0.4 1045.6 1520.0 1364.8 1443.1 1246.6 1817.4 93.9 95.7 95.2 95.5 94.8 96.4 165.4 150.5 196.3 213.2 250.8 220.6 23.8 22.4 23.0 20.0 16.5 13.5 609.8 837.5 865.4 956.2 994.5 998.7 78.8 98.6 102.3 148.7 152.5 163.6 64.2 9.7 1589.3 0.3 0.4 2686.4 97.5 251.4 18.8 1113.0 184.3 75.3 9.7 1868.0 1.4 0.5 1916.5 96.5 260.6 17.0 1415.8 250.1 60.1 9.8 1389.3 0.8 0.8 1553.2 95.8 255.3 13.5 989.4 148.6 57.5 9.8 1432.1 1.7 1.1 1210.3 94.6 269.8 12.9 986.5 123.0 56.0 9.9 1286.4 1.7 1.1 1087.2 94.1 235.3 11.0 898.3 133.0 74 Anexo 2. Datos de campo CE_75 X_COORD Y_COORD CEa CEs 502829 502819 502801 502822 502793 502811 502850 502891 503006 503057 503098 503125 503321 503182 502780 502774 502757 502736 502765 502757 502723 502716 502687 503282 502885 502724 502787 502779 502726 502728 502791 502773 502639 502547 501975 501569 501384 500997 501055 500737 500738 500794 500733 500775 500805 501021 2160335 2160615 2160196 2160204 2159936 2159932 2159929 2159914 2159945 2159971 2159992 2159945 2160043 2160004 2159698 2159454 2159270 2159191 2159187 2158934 2158671 2158053 2158089 2157722 2157758 2157635 2156853 2156853 2156879 2157144 2157235 2157306 2157587 2157674 2157664 2157700 2157585 2157600 2157732 2157733 2157732 2162295 2162312 2161871 2161878 2161801 699 720 1162 208 890 330 289 767 213 638 822 708 108 962 1235 47 12 35 260 2 271 299 301 700 243 387 211 271 449 190 464 577 301 1676 1678 1532 1522 1636 1666 1611 429 1289 390 149 1268 1136 69.49 71.39 111.31 25.15 86.74 36.17 32.46 75.63 25.60 63.98 80.60 70.31 16.12 93.25 117.90 10.61 7.45 9.52 29.85 6.54 30.84 33.37 33.55 69.58 28.31 41.31 25.42 30.84 46.91 23.52 48.27 58.47 33.55 157.73 157.91 144.72 143.82 154.12 156.83 151.86 45.11 122.78 41.59 19.82 120.88 108.96 75 X_COORD Y_COORD CEa CEs 501023 501203 501139 500902 500702 500695 500610 500610 500143 500129 500157 499695 499687 500676 500657 500622 500725 500639 500619 502784 502873 502767 502696 502673 503306 503429 503602 503621 503822 503839 503927 504255 504603 504593 504887 505151 503001 502616 502325 501974 501580 501379 500885 500877 500670 500589 2161767 2162014 2161667 2161481 2161387 2160984 2160298 2160349 2160256 2160311 2160196 2160130 2160158 2160189 2159699 2159102 2158593 2158596 2158066 2156668 2156691 2156391 2155979 2155564 2156256 2156320 2156356 2156396 2156171 2156222 2156088 2156078 2156124 2156090 2156053 2156299 2156073 2155801 2155798 2155810 2155836 2155900 2155827 2155929 2156156 2156477 387 853 136 1669 317 948 371 312 1612 393 1665 1642 1615 381 1348 831 1609 1561 1395 1415 1569 333 193 629 84 199 197 960 1689 228 118 188 125 189 843 187 132 352 475 1455 741 1143 628 1490 1640 231 41.31 83.40 18.65 157.10 34.99 91.98 39.87 34.54 151.95 41.86 156.74 154.66 152.22 40.77 128.11 81.41 151.68 147.34 132.35 134.16 148.07 36.44 23.79 63.17 13.95 24.34 24.16 93.06 158.90 26.95 17.02 23.34 17.65 23.43 82.50 23.25 18.28 38.15 49.26 137.77 73.29 109.59 63.08 140.93 154.48 27.23 X_COORD Y_COORD CEa CEs 500662 500442 500459 500434 499992 499688 499779 500011 499638 499604 500455 500303 499973 500561 499457 499307 499261 498801 498646 498646 498689 498679 498660 498665 498671 498668 498696 498644 500665 500668 500725 500734 501022 500429 500577 505128 505085 504797 504793 505310 505385 505475 505469 502665 502703 502669 502628 502802 2156573 2156562 2156610 2156652 2156639 2156649 2156672 2155704 2155409 2154776 2155141 2155180 2155192 2155776 2154797 2154806 2154838 2154925 2155191 2155398 2155423 2155646 2156193 2156444 2157010 2157280 2157616 2157059 2154846 2154857 2154168 2154104 2154104 2154017 2153451 2156518 2156655 2156668 2156588 2156102 2155774 2155512 2155512 2155351 2154956 2154948 2154721 2154395 216 1606 1605 510 1642 1674 1153 330 369 469 1339 802 312 493 1604 947 1664 734 1563 1605 498 1445 1607 1648 923 817 369 1653 859 411 757 563 332 505 280 192 196 231 260 141 169 1085 543 611 969 291 191 348 25.87 151.41 151.32 52.42 154.66 157.55 110.50 36.17 39.69 48.72 127.29 78.80 34.54 50.89 151.23 91.89 156.65 72.65 147.52 151.32 51.34 136.87 151.50 155.20 89.72 80.15 39.69 155.65 83.94 43.48 74.73 57.21 36.35 51.97 31.65 23.70 24.06 27.23 29.85 19.10 21.63 104.35 55.40 61.55 93.88 32.64 23.61 37.79 76 X_COORD Y_COORD CEa CEs 503025 503286 503411 503392 503115 500762 500788 500853 500528 500503 500174 499937 499958 499621 499601 499279 498859 498814 499029 498976 499077 499102 499216 499181 499376 499426 501163 501281 500977 500777 500934 500925 500547 500528 500302 500313 500058 500072 499701 499381 499364 499449 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Datos de campo CE_150 X_COORD Y_COORD CEa CEs 502829 502819 502801 502822 502793 502811 502850 502891 503006 503057 503098 503125 503321 503182 502780 502774 502757 502736 502765 502757 502723 502716 502687 503282 502885 502724 502787 502779 502726 502728 502791 502773 502639 502547 501975 501569 501384 500997 501055 500737 500738 500794 500733 500775 500805 501021 2160335 2160615 2160196 2160204 2159936 2159932 2159929 2159914 2159945 2159971 2159992 2159945 2160043 2160004 2159698 2159454 2159270 2159191 2159187 2158934 2158671 2158053 2158089 2157722 2157758 2157635 2156853 2156853 2156879 2157144 2157235 2157306 2157587 2157674 2157664 2157700 2157585 2157600 2157732 2157733 2157732 2162295 2162312 2161871 2161878 2161801 736 832 1134 330 1054 591 456 778 359 736 699 628 185 735 1191 212 156 212 530 130 568 787 572 619 358 555 358 432 658 315 736 769 467 1517 1563 1252 1482 1487 1426 1518 530 1318 614 922 1399 1406 62.92 70.38 93.84 31.38 87.63 51.66 41.17 66.19 33.64 62.92 60.05 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48.32 89.26 59.89 65.64 48.86 38.06 54.38 83.82 51.74 90.42 48.78 66.11 45.99 43.50 16.70 51.81 116.45 113.57 36.82 71.78 80 X_COORD Y_COORD CEa CEs 501874 501877 501880 501882 501886 501884 501845 501848 501830 501854 501832 501837 501835 501812 501819 501763 501878 501803 501832 501890 501829 501778 501885 501835 501846 501834 501842 501856 501824 501854 501860 501803 501803 501821 501812 501809 501834 501837 501907 501885 501890 501894 501894 501894 2158643 2158747 2158848 2158949 2159041 2159145 2157757 2157856 2157957 2158056 2158155 2158256 2158350 2158453 2158556 2158654 2158748 2158750 2158858 2158952 2158950 2159046 2159141 2159260 2159355 2159457 2159564 2159658 2157856 2159760 2159861 2159955 2160061 2160161 2160256 2160369 2160464 2160561 2160660 2161581 2161492 2161229 2161001 2160751 537 1580 1509 711 460 902 1223 1014 1304 1490 1035 1148 1187 1263 1451 1492 1506 952 1214 860 1317 854 685 1402 1464 1434 1461 1274 1428 1449 1449 1519 1534 1462 1433 1486 1461 1423 1485 839 1111 1118 1409 1385 47.46 128.49 122.97 60.98 41.48 75.82 100.76 84.52 107.05 121.50 86.15 94.93 97.96 103.86 118.47 121.65 122.74 79.70 100.06 72.56 108.06 72.09 58.96 114.66 119.48 117.15 119.25 104.72 116.68 118.31 118.31 123.75 124.92 119.32 117.07 121.19 119.25 116.29 121.11 70.93 92.06 92.60 115.21 113.34 Anexo 3. Mapas de la distribución espacial de la salinidad 81 82 83 84
