UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE 30160 – MANEJO Y CONSERVACION DE SUELOS SUSANA GÓMEZ POSADA (Director Nacional) PEREIRA junio de 2013 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades INDICE DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 17 Materia orgánica y capacidad de Resiliencia del suelo ......................................... 20 Manejo de incendios Forestales ............................................................................ 25 UNIDAD UNO. EL SUELO COMO SISTEMA ....................................................... 26 CAPITULO 1: GENESIS DEL SUELO ............................................................... 28 Lección 1: Material Parental .................................................................................. 28 1.1 Horizontes del Suelo ....................................................................................... 28 1.2 Material Parental ............................................................................................. 30 Lección 2: Factores y Procesos de Formación del suelo ...................................... 35 2.1 Procesos de Formación................................................................................... 35 2.2 Factores de Formación del suelo .................................................................... 42 Lección 3: Clases taxonómicas de suelo y susceptibilidad a la degradación ........ 48 3.1 Entisoles, Inceptisoles e Histosoles ................................................................ 49 3.2 Andisoles y Alfisoles ........................................................................................ 51 3.3 Molisoles y Vertisoles ...................................................................................... 52 3.4 Oxisoles y Ultisoles ......................................................................................... 53 Lección 4: Propiedades Físico químicas del suelo que influyen en la estabilidad de agregados. ............................................................................................................ 57 4.1 Textura ............................................................................................................ 57 4.2 Porosidad ........................................................................................................ 58 4.3 Estructura ........................................................................................................ 58 4.4. Consistencia del Suelo ................................................................................... 62 4.5 Resistencia del Suelo al Esfuerzo Cortante .................................................... 64 Lección 5: Clases Agrológicas del Suelo (Land Capability Classification) ............ 67 CAPITULO 2: BIOLOGIA DEL SUELO .............................................................. 70 Lección 6: Ingenieros del suelo ............................................................................. 70 Lección 7: Materia orgánica el Suelo (MOS) y capacidad de Resiliencia del suelo .............................................................................................................................. 74 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 7.1 Fracciones de la Materia Orgánica del Suelo .................................................. 76 7.2 Materia orgánica del Suelo y Capacidad de Resiliencia del suelo .................. 79 Lección 8: Ultraestructura del suelo ...................................................................... 81 Lección 9. Ciclo del Carbono y MOS ..................................................................... 89 9.1 Manejo del suelo y Captura de Carbono ......................................................... 92 Lección 10. Calidad del Suelo ............................................................................... 95 10.1 Indicadores de Calidad del Suelo .................................................................. 95 CAPITULO 3: ATRIBUTOS EMERGENTES DEL SISTEMA SUELO .............. 100 Lección 11. Fertilidad ......................................................................................... 102 11.1 Carbono, MOS y Nitrógeno ......................................................................... 102 11.2 C.I.C ............................................................................................................ 104 11.3 Disponibilidad de Fósforo ............................................................................ 105 11.4 Bases cambiables y elementos menores .................................................... 106 11.5 Manejo de Suelo y disponibilidad de nutrientes .......................................... 109 Lección 12: Degradación química del Suelo: Salinización .................................. 112 12.1 Factores formadores de suelos salinos ....................................................... 112 12.2 Suelos Salinos............................................................................................. 113 12.3 Suelos sódicos ............................................................................................ 114 12.4. Suelos Alcalinos, Calcáreos y Magnésicos ................................................ 116 Lección 13: Degradación química del suelo: Exceso o Pérdida de Materia Orgánica .............................................................................................................. 118 13.1 Pérdida de MOS por acción biológica ......................................................... 118 13.2 Perdidas de MOS por Mecanización ........................................................... 120 13.3 Contaminación por Materia orgánica ........................................................... 122 Lección 14. Degradación química del suelo: Contaminación .............................. 124 14.1. Naturaleza de los contaminantes ............................................................... 124 14.2 Mecanismos de Resiliencia del Suelo ante la Contaminación..................... 127 Lección 15: Índices de Calidad y Degradación del Suelo .................................... 131 15.1 Salinización ................................................................................................. 131 15.2 Perdidas de MOS ........................................................................................ 131 15.3 Degradación por compactación ................................................................... 132 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIDAD DOS. PROCESOS DE DEGRADACION DE SUELOS......................... 139 CAPITULO 4: EROSION ..................................................................................... 141 Lección 16: La erosión: Una problemática socio económica ............................... 141 Lección 17: Erosión Hídrica................................................................................. 145 Lección 18: Movimientos en Masa ...................................................................... 149 Lección 19: Factores que intervienen en los movimientos masales .................... 154 Lección 20. Otros tipos de Erosión...................................................................... 159 20.2 Pisoteo por pastoreo- erosión en terracetas................................................ 161 20.3 Erosión en zonas costeras .......................................................................... 162 CAPITULO 5: EROSION ANTROPOGENICA..................................................... 165 Lección 21: Degradación del suelo por mecanización: Compactación ................ 165 21.1 Factores que inciden en la Compactación................................................... 166 21.2. Factores inherentes al tráfico de maquinaria que inciden en la compactación del suelo .............................................................................................................. 167 Lección 22. Degradación del suelo por labranza ................................................. 172 Lección 23: Degradación del Suelo por Prácticas inadecuadas de Riego .......... 179 Lección 24: Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo ..................................... 182 Lección 25. Ecuación de Resistencia al cortante tangencial ............................... 188 25.1 Factor de seguridad del suelo ..................................................................... 192 CAPITULO 6: EVALUACIÓN DE LA EROSION.................................................. 194 Lección 26. Densidad aparente, Porosidad y Estabilidad de agregados ............. 194 Lección 27. Consistencia del suelo y resistencia a la penetración ...................... 201 27.1 Determinación de Límites de Consistencia ................................................. 202 27.2 Módulo de Ruptura ...................................................................................... 204 27.3 Resistencia a la Penetración ....................................................................... 205 Lección 28. Tasa de infiltración de agua en el suelo. .......................................... 207 28.1 Método del pozo barrenado......................................................................... 208 28.2 Método del Pozo invertido ........................................................................... 211 28.3 Método del infIltrometro de anillos ............................................................... 212 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 29. Evaluación de la Erosión: Método de las Estacas ........................... 214 29.1 Evaluación cualitativa de la erosión. ........................................................... 214 29.2 Medición con Estacas.................................................................................. 216 Lección 30. Evaluación de la Erosión: Parcelas de escorrentía y Simulador de lluvia .................................................................................................................... 218 UNIDAD TRES. PRACTICAS DE CONSERVACION DE SUELOS .................... 230 CAPITULO 7: PREVENCION DE LA DEGRADACION DE SUELO .................... 231 Lección 31: Amarre del suelo por efecto de vegetación arbustiva y arbórea ...... 231 Lección 32: Manejo de Coberturas Nobles ......................................................... 238 32.1 El selector de arvenses ............................................................................... 239 32.2 Uso de coberturas muertas. ........................................................................ 244 32.3 Coberturas vivas ......................................................................................... 246 Lección 33: Agricultura de Conservación ............................................................ 249 33.1 Implementando el Sistema de Agricultura de Conservación ....................... 251 33.2 Sistema Agroforestal Quesungual ............................................................... 252 33.3 Barbechos Mejorados.................................................................................. 254 33.4 El método Fukoka ....................................................................................... 255 Lección 34. Siembras en Contorno, Barreras Vivas y Cortinas Rompe Vientos . 257 34.1 Siembras en contorno o Curvas a nivel ....................................................... 257 34.2 Barreras vivas ............................................................................................. 259 34.3 Cortinas rompevientos................................................................................. 261 Lección 35: Canalización de aguas de Escorrentía ............................................. 266 35.1 Canales de Desviación ................................................................................ 266 35.2 Ventanas de evacuación y cunetas de caminos y carreteras ...................... 271 CAPITULO 8: OBRAS DE ESTABILIZACION Y BIOINGENIERIA ...................... 274 Lección 36. Terrazas y Acequias de Ladera ....................................................... 274 36.1 Terrazas ...................................................................................................... 274 36.2 Acequias de ladera ...................................................................................... 280 Lección 37. Trinchos vivos y terrazas de estabilización ...................................... 284 Lección 38. Filtros ............................................................................................... 289 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 39. Recuperación de cárcavas ............................................................... 292 39.1 Recuperación de cárcavas originadas por remociones masales. ................ 292 39.2 Recuperación de cárcavas originadas por erosión hídrica .......................... 293 39.3 Estabilización de taludes en riveras de ríos y quebradas ............................ 293 Lección 40. Causas del colapso de obras de intervención ................................. 296 40.1 Deslizamientos en taludes de carretera ...................................................... 297 40.2 Muros de contención ................................................................................... 298 40.3 Muros de contención en cárcavas remontantes .......................................... 299 40.4 Desestabilización de laderas por tala de la cobertura arbórea .................... 300 CAPITULO 9: ESTUDIOS DE CASO .................................................................. 302 Lección 41. Manejo de aguas domesticas .......................................................... 302 41.1 Escuela La Guaira, Restrepo – Valle .......................................................... 302 41.2 Manejo de Cárcava remontante en el municipio del Cairo, Vereda Llano grande. Sector Tejares ........................................................................................ 304 Lección 42. Recuperación de suelos degradados por erosión hídrica y eólica. Vereda El Aguacate, Municipio de Restrepo, Valle. ............................................ 307 Lección 43. Desestabilización de taludes por cambio en el uso del suelo. ......... 310 43.1 Deslizamiento en el Barrio San Rafael, Obando- Valle ............................... 310 43.2 Deslizamientos Bomba de Gasolina, Argelia- Valle .................................... 311 Lección 44. Incendios forestales ......................................................................... 312 44.1 Incendios Forestales ................................................................................... 314 44.2 Factores que contribuyen a la propagación de los incendios forestales ..... 315 44.3 Tipos de incendios forestales ...................................................................... 318 Lección 45. Manejo de incendios Forestales....................................................... 322 Fuentes Documentales de la Unidad 3 ............................................................... 327 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades LISTADO DE TABLAS Tabla 1. Principales características de los suelos con arcillas de baja actividad de los Trópicos húmedos y ventajas y limitaciones que resultan de estas características . ..................................................................................................... 54 Tabla 2. Distribución de los diferentes Ordenes de Suelos en las Regiones de Colombia ............................................................................................................... 55 Tabla 3. Clases Texturales .................................................................................... 57 Tabla 4.Carbono orgánico en los suelos del mundo ............................................ 92 Tabla 5. Principales efectos de las prácticas de manejo o de uso de suelos sobre la captura de carbono t C/ha/año). Zonas áridas y tropicales .............................. 94 Tabla 6. Índices de calidad del suelo .................................................................. 101 Tabla 7. Distribución de las fracciones de fósforo total (ppm) en la capa arable de algunos suelos venezolanos con relación a su grado de meteorización. . .......... 106 Tabla 8. Fuentes de elementos secundarios y menores ..................................... 108 Tabla 9. Causas de No disponibilidad de elementos en la solución del suelo .... 109 Tabla 10. Microorganismos solubilizadores de minerales ................................... 111 Tabla 11. Variación del porcentaje y pérdidas de materia orgánica (kg ha-1) en el sedimento erosionado en cuatro sistemas de labranza. ..................................... 121 Tabla 12. Persistencia de Plaguicidas en el suelo. ............................................. 125 Tabla 13. Niveles normales y tóxicos de metales pesados en el suelo ............... 127 Tabla 14. Fuentes de contaminación con metales pesados ................................ 127 Tabla 15. Índice de Salinización .......................................................................... 131 Tabla 16. Perdida de Materia Orgánica del Suelo ............................................... 132 Tabla 17. Algunos índices de Compactación del suelo ....................................... 133 Tabla 18. Perdidas de suelo por erosión en Colombia ........................................ 142 Tabla 19. Procesos de degradación hídrica de los suelos en Colombia ............ 144 Tabla 20. Pérdidas ocasionadas por Movimientos en masa en Colombia entre 1981 y 1987......................................................................................................... 150 Tabla 21. Modificación de algunas propiedades físicas del suelo debido a compactación ...................................................................................................... 170 Tabla 22. Efecto de la compactación sobre la producción de maíz y frijol .......... 170 Tabla 23. Cantidad de residuos que permanecen sobre el suelo después de diferentes tipos de labranza ............................................................................... 178 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 24. Contenido de humedad, cobertura y rendimiento de maíz bajo diferentes tipos de labranza. . .............................................................................................. 178 Tabla 25. Niveles de Conductividad Eléctrica y contenido de cloruros, aceptables en agua de riego según la textura del suelo ....................................................... 181 Tabla 26. Códigos de permeabilidad y estructura del suelo en función de su textura ............................................................................................................................ 184 Tabla 27. Valores críticos de Da indicadores de compactación en relación al contenido de arcillas del suelo ............................................................................ 196 Tabla 28. Valores de k según tipo de suelo ........................................................ 207 Tabla 29. Clasificación por Magnitud de la Infiltración ........................................ 213 Tabla 30. Grado de erosión en función de la pérdida anual de suelo ................. 215 Tabla 31. Valores de coeficiente de rozamiento según LAWS (1941) ............... 221 Tabla 32. Arvenses de interferencia alta ............................................................. 240 Tabla 33. Arvenses de interferencia media ......................................................... 241 Tabla 34. Materiales para la construcción del Selector de Arvenses .................. 242 Tabla 35. Resultados de producción de cultivos con coberturas muertas ........... 246 Tabla 36. Especies utilizadas como coberturas vivas ......................................... 247 Tabla 37. Separación entre líneas guías ............................................................. 259 Tabla 38. Distancia entre barreras ...................................................................... 260 Tabla 39. Efectos documentados de las barreras vivas en la región centroamericana.................................................................................................. 260 Tabla 40. Pérdidas de suelo, materia orgánica y algunos elementos nutrientes en parcelas de erosión en campo bajo lluvia natural y varios tratamientos . ........... 261 Tabla 41. Coeficientes de escorrentía (Benitez, et al,1980) ................................ 267 Tabla 42. Velocidad del agua . Benítez et al (1980) ............................................ 268 Tabla 43. Máxima velocidad permitida en canales de diferentes materiales. Suarez de Castro (1978) ................................................................................................ 268 Tabla 44. Taludes recomendados para la sección trapezoidal del canal ............ 269 Tabla 45. Valores de n Coeficiente de Fricción ................................................... 271 Tabla 46. Gradiente de pendiente según longitud de las terrazas y tipo de suelo ............................................................................................................................ 276 Tabla 47. Ancho de terrazas en relación al grado de pendiente ......................... 277 Tabla 48. Parámetros para la construcción de acequias de ladera en terrenos ocupados por cultivos limpios con 30 cm de plantilla y talud 1:1......................... 281 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 49. Parámetros para la construcción de acequias de ladera en terrenos ocupados por plantaciones permanentes, café, cacao, frutales o forestales, con 30 cm de plantilla y talud 1:1 .................................................................................... 282 Tabla 50. Profundidad de la acequia de acuerdo a caudal de descarga ............. 282 Tabla 51. Velocidades a las cuales se produce erosión ...................................... 294 Tabla 52. Clasificación preliminar de la vulnerabilidad de las coberturas vegetales ............................................................................................................................ 312 Tabla 53. Grado de peligrosidad de la carga combustible .................................. 316 Tabla 54. Modelos de Combustión en Superficie según Rothermel, (1973). ...... 316 Tabla 55. Capacidad combustible de material vegetal con diferentes grados de humedad ............................................................................................................. 318 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS Figura 1. El perfil de suelo ..................................................................................... 29 Figura 2. Formación de minerales ígneos silicatados ........................................... 31 Figura 3. Perfil de suelo con evidencia de Movimientos en masa ......................... 32 Figura 4. Deslizamientos en perfil conformado por Esquistos Pizarrosos. Carretera Vía El Cairo, Valle. ................................................................................................ 33 Figura 5. Plaza del Cocuy, Boyacá. Calizas. ........................................................ 34 Figura 6. Microfotografía que muestra el proceso de degradación de una roca granítica hasta formar suelo. ................................................................................ 35 Figura 7. Formación de suelo a partir de roca granítica ........................................ 36 Figura 8.Transporte de sedimentos y formación de depósitos. ............................. 37 Figura 9. Proceso de eluviación – iluviación de arcillas ........................................ 38 Figura 10. Oxisol. Casuarito - Vichada ................................................................. 40 Figura 11. Estructura básica de Silicato y formación de arcillas por superposición de Silicatos en estructuras tetraédricas y octaédricas. .......................................... 41 Figura 12. Procesos de Meteorización química..................................................... 41 Figura 13. Formación de suelo en función del Clima ............................................ 43 Figura 14. Presencia de arcilla en el suelo en función del clima ........................... 44 Figura 15. Mineralización de materia orgánica en función del clima y de la cobertura vegetal................................................................................................... 45 Figura 16. Cambios de las propiedades químicas del suelo en función de la precipitación .......................................................................................................... 45 Figura 17. Incidencia del relieve sobre la temperatura .......................................... 46 Figura 18. Microestructura del suelo.Raíces ejerciendo acción mecánica ............ 47 Figura 19. Grado de Evolución de los diferentes ordenes de suelos .................... 48 Figura 20. Perfiles típicos Inceptisol, Entisol y Ultisol ............................................ 50 Figura 21. Perfiles típicos de un Andisol, Alfisol. Molisol y Vertisol ...................... 53 Figura 22. Perfiles típicos de un Oxisol y un Ultisol de la Orinoquía . .................. 55 Figura 23. Mapa de Suelos de Colombia. ........................................................... 56 Figura 24. Deslizamiento de tierra sobre esquistos pizarrosos. Machupichu, Perú .............................................................................................................................. 59 Figura 25. Horizonte B nátrico, con estructura columnar, típico de suelos sódicos. (Ibañez, 2008) ....................................................................................................... 61 Figura 26. Efectos de la compresión y rotura por deslizamiento, en el enlodamiento de un suelo arcilloso. ............................................................................................ 63 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 27. Efecto de las raíces en el amarre de suelos inestables. ...................... 65 Figura 28. Ingenieros del suelo ............................................................................. 71 Figura 29. Efectos de las lombrices en los procesos pedogenéticos . .................. 73 Figura 30. Fracciones constituyentes de la Materia orgánica del Suelo ................ 74 Figura 31. El Humus del suelo: origen, tipos y acción sobre los suelos ................ 75 Figura 32. Esquema simplificado de la transformación de la Materia Orgánica del Suelo ..................................................................................................................... 76 Figura 33. Fraccionamiento de los compuestos húmicos del suelo ...................... 78 Figura 34. Microfotografía de suelo ....................................................................... 83 Figura 35. Componentes biológicos de la estructura de un suelo no disturbado por labranza ................................................................................................................ 83 Figura 36. Rizósfera .............................................................................................. 85 Figura 37. Ciclo biogeoquímico del Carbono......................................................... 90 Figura 38. Flujos de carbono. ................................................................................ 90 Figura 39. Cambios en el contenido de COS inducidos por perturbación y posterior reacumulación por aplicación de manejo de conservación. Modificado de Johnson, 1995 por Martínez , 2008. ..................................................................................... 93 Figura 40. Ciclaje de C, N, P y S en materia orgánica y sustancias húmicas del suelo ...................................................................................................................... 94 Figura 41. Cambios en los contenidos de COS en el tiempo bajo diferentes tipos de manejo............................................................................................................ 102 Figura 42. Variación del contenido de N-NO3 del suelo a través del tiempo bajo diferentes tipos de labranza . .............................................................................. 103 Figura 43. Disminución del N disponible respecto al tiempo en suelos cultivados ............................................................................................................................ 104 Figura 44. Relación entre MOS y C.I.C efectiva a tres niveles de pH en suelo del Serrado, Brasil. Tomado de López, 1983 por Burbano, 1989. ............................ 105 Figura 45. Formación de minerales secundarios y sus componentes ................. 107 Figura 46. Biomasa de los macroinvertebrados en diferentes usos del suelo . .. 122 Figura 47. Contaminación por plástico del embolsado del plátano ..................... 125 Figura 48. Eutrofización ...................................................................................... 126 Figura 49. Ciclo de los metales pesados dentro del ecosistema ......................... 128 Figura 50. Capas compactadas “Pie de arado” ................................................... 132 Figura 51. Procedimiento para la determinación de Índices de compactación .... 133 Figura 52. Mapa de Suelos con Riesgo de Degradación (ISRIC, Wageningen) . 140 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 53. Perdidas de suelo por erosión hídrica y eólica. GLASOD, 1991. ....... 141 Figura 54. Formas de afectación de la erosión. ................................................. 143 Figura 55. Saltación por salpique. . ..................................................................... 145 Figura 56. Erosión por salpique........................................................................... 146 Figura 57.Erosión por escurrimiento difuso. Tipos de ersoiòn y sus causas. ...... 146 Figura 58. Tipos de erosión ................................................................................. 147 Figura 59. Erosión en surcos. ............................................................................. 147 Figura 60. Erosión en cárcavas Cárcava remontante. ................................. 148 Figura 61. Esquema de diferentes procesos de remoción en masa.................... 151 Figura 62. Movimientos masales. ....................................................................... 153 Figura 63. Cárcava Remontante del Tablazo, Manizales, Caldas ....................... 155 Figura 64. Deslizamiento en Venezuela. ............................................................. 156 Figura 65. Barrio El Caribe, Manizales Caldas Colombia (Septiembre 10 de 2006). ............................................................................................................................ 157 Figura 66. Erosión causada por aguas lluvia no canalizadas. Nótese la ausencia de canales de aguas en los techos. Autopista Sur, Cali, Valle.. .......................... 158 Figura 67. Procesos Activos de Remoción en masa ........................................... 158 Figura 68. Estoraques y formación de superficies lizas con gruesos en superficie, típicos de erosión eólica.. .................................................................................... 159 Figura 69. Erosión en terracetas o “pata de vaca”.. ............................................ 162 Figura 70. Procesos erosivos en líneas costeras ................................................ 164 Figura 71. Desarrollo radicular de plantas sobre suelos compactados ............. 166 Figura 72. Erosión laminar y en surcos en un campo agrícola de pendiente pronunciada......................................................................................................... 173 Figura 73. Relieve Gilgai ..................................................................................... 174 Figura 74. Relación entre el contenido de humedad del suelo y la consistencia. 175 Figura 75. Diferentes grados de humedad del suelo y su efecto al efectuar labranza .............................................................................................................. 175 Figura 76. Arado durante el deshielo de primavera ............................................. 176 Figura 77. Erosión por labranza: Formación de terrazas por traslado de suelo .. 177 Figura 78. Degradación de suelo por laboreo agrícola. Argentina. ..................... 177 Figura 79. Sistema de riego por surcos ............................................................... 179 Figura 80. Aplicación de Poliacrilamida en seco a la cabecera del surco antes de iniciar el riego. ..................................................................................................... 180 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 81. Nomograma de Erodabilidad del suelo .............................................. 185 Figura 82. Presión que ejerce el árbol sobre el suelo Vs obras civiles ................ 190 Figura 83. Deforestación Barrio Panorama, Manizales.2006. ............................. 191 Figura 84. Deforestación y construcción de obras civiles innecesarias. Barrio La Sultana, Manizales, Caldas. . .............................................................................. 191 Figura 85. Incremento del FOS dado por el amarre de raíces de la cobertura arbórea.. .............................................................................................................. 193 Figura 86. Toma de muestras para determinación de la Densidad aparente ...... 195 Figura 87. Picnómetro ......................................................................................... 196 Figura 88. Juego de tamices con aparejo para inmersión ................................... 199 Figura 89. Cazuela de Casagrande..................................................................... 203 Figura 90. Determinación del límite plástico ........................................................ 203 Figura 91. Aparejo para la determinación del módulo de ruptura ........................ 204 Figura 92. Penetrómetros .................................................................................... 206 Figura 93. Diagrama del método del Pozo Barrenado para medir la conductividad hidráulica en el campo . ...................................................................................... 208 Figura 94. Esquema de un InfIltrometro de anillos . ............................................ 212 Figura 95. Signos de erosión............................................................................... 215 Figura 96. Método de la estaca ........................................................................... 216 Figura 97. Parcelas de escorrentía CENICAFE, Chinchinà, Caldas.(Rivera,2007) ............................................................................................................................ 218 Figura 98. Tanque recolector (B) con 11 rejillas .................................................. 219 Figura 99. Simuladores de lluvia . ....................................................................... 222 Figura 100. Efecto de cobertura arbórea en la interceptación de agua lluvia. ..... 233 Figura 101. Desestabilización de laderas por cambio de uso del suelo, eliminación del componente forestal en la parte alta y efecto de aguas de escorrentía. ....... 233 Figura 102. A. Sistema agroforestal café y Cordia alliodora con zanjas de infiltración B. Café, Cordia alliodora, Inga sp. y plátano .................................... 234 Figura 103. A. Asociación Nogal cafetero con parahybum con Piña. La HondaRisaralda B. Asociación Schizolobium , pasto y cultivos agrícolas, Costa Rica. 235 Figura 104. Trinchos disipadores de energía para canalización de aguas de escorrentía con vegetación multiestrata. Vereda Cabuyal, sector Ventiaderos, Cali Km 18. ................................................................................................................ 236 Figura 105. Estabilización de la cárcava mediante vegetación multistrata .......... 237 Figura 106. Selector de Arvenses. ..................................................................... 243 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 107. Cobertura viva Arachis pintoi (Maní forrajero) en un huerto de Averrhoa carambola (Carambolo o Tamarindo chino)......................................... 248 Figura 108. Cobertura con fríjol Mucuna. ............................................................ 248 Figura 109. Sistema Quesungual, Lempira, Honduras. ...................................... 253 Figura 110. Cerco de Thitonia en una parcela agrícola en Kenia . ..................... 254 Figura 111. Bolitas de arcilla y compost para proteger la semilla- Método Fukoka ............................................................................................................................ 256 Figura 112. Trazo en curvas a nivel .................................................................... 257 Figura 113. Barreras vivas de Vetiver ................................................................. 260 Figura 114. Tipos de cortinas rompevientos........................................................ 262 Figura 115. Configuración de una cortina rompevientos. A. compacta y simétrica. ............................................................................................................................ 262 Figura 116. Distribución de cortinas en el campo de cultivo ............................... 264 Figura 117. Peralte de la vía en dirección al talud ............................................... 272 Figura 118. Canalización de aguas de escorrentía. ............................................ 273 Figura 119. Esquema de la distribución de ventanas de evacuación .................. 273 Figura 120. Terrazas Incas en piedra .................................................................. 274 Figura 121. Sistema de terraplenes o sukakollus ................................................ 275 Figura 122. Secuencia de la construcción de las terrazas .................................. 276 Figura 123. Terrazas de absorción...................................................................... 278 Figura 124. Adecuación de terrazas individuales ................................................ 279 Figura 125. Acequias de ladera. A. Diagrama. B. Acequias en cultivo de frijol .. 280 Figura 126. Adecuación de una acequia de ladera ............................................. 283 Figura 127. Trinchos en guadua.......................................................................... 284 Figura 128. Forma de construcción de un trincho en guadua. ............................ 286 Figura 129. Secuencia de construcción de terrazas de estabilización con trinchos en guadua ........................................................................................................... 286 Figura 130. Trincho con vertedero. Villa Rosa- Argelia, Valle del Cauca. .......... 287 Figura 131. Disipadores simples de energía construidos en la cabeza de una cárcava. .............................................................................................................. 288 Figura 132. Esquema de la construcción de filtros vivos ..................................... 290 Figura 133. Secuencia de construcción de un trincho vivo. (Rivera, 2006). ........ 291 Figura 134. Recuperación en el cauce del rio Dagua, Corregimiento El Carmen, Valle del Cauca. ................................................................................................. 295 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 135. Trinchos en guadua mal diseñados.................................................. 296 Figura 136. Muro de contención fracturado. Carretera vía Restrepo, Valle ........ 297 Figura 137. Obras de contención Avenida Circunvalar, Cali- Valle ..................... 298 Figura 138. Cárcava remontante El Tablazo, Manizales- Caldas........................ 299 Figura 139. Talud Barrio La Sultana, Manizales - Caldas ................................... 300 Figura 140. Deforestación de la Ladera Chipre, Manizales, Caldas ................... 301 Figura 141. Intervención de procesos de agrietamiento y hundimiento en la escuela La Guaira ............................................................................................. 303 Figura 142. Cárcava Tejares antes y después de la intervención. ..................... 304 Figura 143. Secuencia de Intervención para la recuperación de la cárcava Tejares ............................................................................................................................ 305 Figura 144. Cárcava Tejares estabilizada con revegetalización natural estable . 306 Figura 145. Erosión laminar, en surcos y cárcavas. El Aguacate, Restrepo, Valle. ............................................................................................................................ 308 Figura 146. Proceso de recuperación de cárcavas remontantes. . ..................... 309 Figura 147. Estabilización de Talud Barrio San Rafael escobar, Ovando- Valle. 311 Figura 148. Estabilización del talud con filtros, trinchos escalonados y vegetación multiestrata .......................................................................................................... 311 Figura 149. Principales zonas afectadas por incendios forestales en el mundo. 312 Figura 150. Incendio paramo de Chingaza ......................................................... 313 Figura 151. Tipos de incendios forestales ......................................................... 319 Figura 152. Partes de un incendio. ..................................................................... 320 Figura 153. Métodos para el control de incendios forestales .............................. 325 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El contenido didáctico del curso académico: Manejo y Conservación de Suelos ha sido diseñado por la ingeniera Agrónoma MSc. Susana Gómez Posada, quien cuenta con una maestría en Ciencias Agrícolas con énfasis en Suelos de la Universidad Nacional de Colombia. La Ingeniera Susana Gómez Posada, está vinculada a la UNAD desde el año 2003 como tutora y a partir del 2006 se ha desempeñado como Directora Nacional de cursos virtuales y como investigadora del SIUNAD. La versión del contenido didáctico que actualmente se presenta tiene como características: El desarrollo de los contenidos a partir del conocimiento básico de la génesis del suelo y su evolución como sistema vivo en equilibrio dinámico Abordaje de la problemática de la Conservación del recurso suelo desde los principios de Calidad, Resiliencia y Manejo sostenible del suelo. Tratamiento de las prácticas de manejo y conservación específicamente para Suelos Tropicales. El Doctor Hans Rodríguez, Coordinador de la Escuela de Ciencia Agrícolas Pecuarias y del Medio Ambiente ECAPMA durante el año 2010, apoyó el proceso de revisión de estilo del contenido didáctico e hizo aportes disciplinares, didácticos y pedagógicos en el proceso de acreditación de este modulo. Para el año 2013 se presentan los contenidos revisados y corregidos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades INTRODUCCIÓN El siglo XXI podría ser visto como un vórtice en el tiempo en donde confluyen el desarrollo del potencial humano llevado al máximo, grandes avances técnicos y tecnológicos y la amenaza inminente de un futuro incierto a causa del agotamiento de los recursos naturales no renovables. Mucho se habla del cambio climático, del calentamiento global, del agujero en la capa de ozono, de la lluvia ácida. Sin embargo, el deterioro de los suelos agrícolas, que son los que soportan la seguridad alimentaria de la humanidad, la disminución del recurso hídrico y su contaminación y la polución ambiental, son las problemáticas más importantes en las zonas tropicales. El suelo es un recurso considerado No renovable, por cuanto la formación de un centímetro de suelo agrícola puede tardar entre 100 y 400 años y puede perderse durante 10 minutos de lluvia por efecto de la erosión hídrica. Anualmente se pierden miles de hectáreas por efectos de la erosión, la desertificación, compactación, salinización y pérdida de la fertilidad natural El área degradada en el trópico por diferentes procesos es estimada en 915 x 10 6 de hectáreas por erosión hídrica, 474 x 10 6 de hectáreas, como erosión por el viento, 50 x 106 de hectáreas, por degradación física, y 213 x 10 6 de hectáreas, por degradación química (Lal, 1994 citado por Rivera P., 2005). La desertificación cuesta a la economía mundial unos 42 billones de dólares cada año, sin embargo el coste humano es incalculable. En razón a ello, durante las dos últimas décadas, se han multiplicado los esfuerzos para la investigación de las causas de los procesos degradativos a fin de poder generar modelos capaces de predecirlos y cuantificarlos de modo que sea posible desarrollar prácticas de manejo capaces de prevenir dichos efectos y de mitigarlos cuando ya han ocurrido. La Misión de la UNAD, declarada en el estatuto general, establece propiciar un aprendizaje autónomo, generador de cultura y espíritu emprendedor que en el marco de la sociedad global y del conocimiento propicie el desarrollo económico, social y humano sostenible de las comunidades locales, regionales y globales con calidad, eficiencia y equidad social. Dentro de sus fines también establece “La Ética ecológica”: La institución fomentará la conservación del patrimonio socioeconómico, ambiental y cultural de las regiones, mediante una producción limpia y competitiva que contribuya a la sostenibilidad de las generaciones futuras.” UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Acorde a éste marco, el curso de Manejo y Conservación de Suelos tiene como objetivo aproximar al estudiante a la problemática de la degradación del suelo, sus causas y consecuencias y brindar elementos que le permitan desde su quehacer como profesional del agro, llevar a cabo un manejo adecuado del recurso suelo desde la aplicación de prácticas agrícolas económica y ambientalmente sostenibles así como desde la investigación, el desarrollo de tecnología y el trabajo con las comunidades rurales. Este modulo está dividido en tres unidades. La primera, denominada EL SUELO COMO SISTEMA, hace énfasis en los procesos y factores de formación del suelo, propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, clasificación agrologica del suelo, el suelo como sistema vivo, mecanismos de resiliencia y conflictos de uso del suelo. La segunda unidad denominada PROCESOS DE DEGRADACION DEL SUELO hará énfasis en los diferentes tipos de degradación de suelos y sus causas y en la planificación territorial de suelos. La tercera unidad denominada MANEJO SOSTENIBLE DEL SUELO, se enfocará en las prácticas de manejo y conservación de suelos desde las prácticas agrícolas, la ingeniería y la bioingeniería. Para la correcta y eficaz apropiación del conocimiento de éste curso, es necesario que el estudiante posea bases sólidas de conocimiento en Edafología, que son las que soportan las diferentes temáticas abordadas. Al finalizar el curso, el estudiante contara con los elementos que le permitirán seleccionar apropiadamente las prácticas y métodos de manejo del suelo y producción agrícola más adecuados de acuerdo al ordenamiento de suelos, a las condiciones agroecológicas existentes y la tecnología disponible. También estará en capacidad de generar protocolos de investigación a partir de la observación sistemática, recolección y análisis de la información, que contribuyan al avance de la disciplina de Conservación de suelos. Se espera que el profesional del agro, comprometido con el desarrollo sostenible, tenga la capacidad de analizar las complejas relaciones que tienen lugar en el suelo, la afectación que causan sobre ellas las prácticas agrícolas inadecuadas y con base en el conocimiento científico, aplique los principios de Manejo y Conservación de suelos en todas las actividades de desarrollo agropecuario. I.A.MSc. SUSANA GÒMEZ POSADA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIDAD 1 Nombre de la Unidad Introducción El Suelo Como Sistema El planeta pierde al año más de 7 millones de hectáreas de tierra cultivable debido a la degradación del suelo. La erosión del suelo causada por el agua, el viento y las sustancias químicas ha degradado severamente unos 2,000 millones de hectáreas: un área mayor que la de los territorios de Estados Unidos y México juntos. Alrededor del 15% de estas tierras han sufrido daños irreversibles En ésta unidad se pretende sentar las bases que soportan la disciplina de Manejo y Conservación de Suelos, abordando primero los factores y procesos de formación del suelo, sus características físicas, químicas y biológicas para luego abordar desde allí en las unidades siguientes, la problemática de la degradación de suelos , su diagnóstico y alternativas de prevención, manejo y control. Justificación Intencionalidades Formativas Esta unidad recoge las nociones de lo que es la formación del suelo, la composición física y mineralógica del suelo y su relación con la susceptibilidad a la degradación y la calidad del suelo como un atributo emergente del sistema. Que el estudiante comprenda los procesos y factores de formación del suelo y su influencia sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo Que el estudiante conozca la clasificación agrologica del suelo y comprenda desde ésta perspectiva los conflictos por uso y los procesos de degradación. Que el estudiante sea capaz de comprender el suelo como un sistema vivo que posee mecanismos de Resiliencia y atributos emergentes que marcan su capacidad de uso y su susceptibilidad a la degradación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico Denominación de capítulo 1 Denominación de Lección 1 Denominación de Lección 2 Denominación de Lección 3 Denominación de Lección 4 Denominación de Lección 5 Denominación de capítulo 2 Denominación de Lección 6 Denominación de Lección 7 Denominación de Lección 8 Denominación de Lección 9 Denominación de Lección 10 Denominación de capítulo 3 Denominación de Lección 11 Denominación de Lección 12 Denominación de Lección 13 Denominación de Lección 14 Denominación de Lección 15 – UNAD Humanidades GENESIS DEL SUELO Material Parental Procesos de formación del suelo Clases taxonómicas de suelo y susceptibilidad a la degradación Propiedades Físico químicas del suelo que influyen en la estabilidad de agregados Clases agrologicas de Suelos BIOLOGÍA DEL SUELO Ingenieros del Suelo Materia orgánica y capacidad de Resiliencia del suelo Ultraestructura del suelo Ciclo del Carbono y MOS Calidad del suelo ATRIBUTOS EMERGENTES DEL SISTEMA SUELO Fertilidad Degradación química del suelo : Salinización Degradación química del suelo: Perdida de materia orgánica Degradación química del suelo : Contaminación Índices de calidad o degradación del suelo UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIDAD 2 Nombre de la Unidad Introducción PROCESOS DE DEGRADACION DEL SUELO La erosión del suelo es una forma severa de degradación física. Se estima que cerca de 80% de la tierra agrícola en el mundo sufre erosión moderada a severa y 10 % erosión ligera a moderada (Lal y Stewart, 1995 citados por Rivera, Sinisterra, & Calle, 2004). En los últimos 40 años, cerca de un tercio de los suelos agrícolas de la Tierra han dejado de ser productivos para usos agrícolas debido a la erosión. En esta unidad se hará un recorrido por los diferentes tipos de procesos erosivos, sus causas y factores que inciden en una mayor ocurrencia y grado de severidad. Justificación Intencionalidades Formativas Antes de hacer cualquier intervención de recuperación o manejo de suelos, es necesario conocer las causas de los procesos degradativos. Pues es la causa y no el efecto, a la que deben apuntar las obras y mecanismos de intervención a fin de prevenir, mitigar o corregir procesos de degradación de suelo. Esta unidad se enfoca en los procesos de pérdida de suelo, tipos de erosión, movimientos en masa, los factores que propician su ocurrencia y la forma de cuantificarlos. Que el estudiante comprenda los factores que propician procesos de degradación de suelo. Que el estudiante reconozca los diferentes tipos de degradación de suelos y sus causas. Que el estudiante tenga conocimientos que le permitan diagnosticar problemas de degradación y factores de formación del suelo y su influencia sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Que el estudiante conozca las metodologías utilizadas para cuantificar y evaluar los procesos de erosión y las propiedades físicas relacionadas con ellos Denominación de capítulo 4 Denominación de Lección 16 Denominación de Lección 17 Denominación de Lección 18 Denominación de Lección 19 Denominación de Lección 20 Denominación de capítulo 5 Denominación de Lección 21 Denominación de Lección 22 Denominación de Lección 23 Denominación de Lección 24 Denominación de Lección 25 Denominación de capítulo 6 Denominación de Lección 26 Denominación de Lección 27 Denominación de Lección 28 Denominación de Lección 29 Denominación de Lección 30 EROSION Erosión : Una problemática socioeconómica Erosión Hídrica Movimientos en masa Factores que intervienen en los movimientos masales Otros tipos de erosión EROSION ANTROPOGENICA Degradación del suelo por mecanización: Compactación Degradación del suelo por labranza Degradación del suelo por prácticas inadecuadas de riego Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Ecuación de Resistencia al Cortante EVALUACION DE LA EROSION Densidad aparente, porosidad y estabilidad de agregados Consistencia del suelo y resistencia a la penetración Tasa de infiltración del agua en el suelo Evaluación de la Erosión: Método de las estacas Evaluación de la Erosión: Parcelas de escorrentía y Simulador de lluvia UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIDAD 3 Nombre de la Unidad PRACTICAS SUELOS DE CONSERVACION DE Introducción Se estima que anualmente en el mundo se pierden entre 7 y 10 millones de hectáreas y miles de personas pierden sus vidas o son desplazadas a causa de procesos degradativos. Muchos de esos suelos se degradan no por malas prácticas agrícolas sino por otras causas como construcción inapropiada de obras de infraestructura, deforestación, mal manejo de aguas lluvias y aguas negras. Millones de pesos se pierden en la construcción inadecuada de obras de conservación de suelos que lejos de prevenir y contener los procesos activos de degradación, los empeoran pues en la mayoría de los casos son mal diseñadas y enfocadas a contener los efectos de los procesos y no a detener y mitigar las causas de los mismos. En esta unidad se analizarán las diferentes prácticas de conservación, manejo y recuperación de suelos, tomando en cuenta aquellas de tipo puramente ingenieril así como las denominadas prácticas de Bio ingeniería que resultan mucho más adecuadas y económicamente viables en el control de procesos degradativos en la mayoría de zonas del país. Justificación Una vez que se ha realizado un diagnostico acertado de las causas de los procesos degradativos en relación al tipo de suelo , conflictos de uso y manejo inadecuado, es posible determinar para cada caso particular, las practicas de manejo y las obras de recuperación mas adecuadas y económicamente viables. Esta unidad se enfoca en las prácticas de manejo y conservación de suelos, haciendo especial énfasis en las prácticas de agricultura de conservación y obras de bio UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades ingeniería. Si se atacan las causas de los procesos degradativos, en lugar de atacar los efectos, se tendrá éxito en las labores de recuperación y estabilización de suelos. Intencionalidades Formativas Que el estudiante conozca los diferentes tipos de obras de ingeniería y bioingeniería para la recuperación de suelos degradados. Que el estudiante con base al diagnostico acertado, pueda proponer las practicas de manejo más adecuadas para cada situación particular. Que el estudiante este en capacidad de llevar a cabo practicas de manejo cultural y obras de bioingeniería para la prevención y manejo de procesos de degradación de suelos. Que el estudiante tenga bases conceptuales sólidas para desarrollar prácticas agrícolas y forestales bajo los lineamientos que propone la agricultura de conservación. Denominación de capítulo 7 Denominación de Lección32 PREVENCION DE LA DEGRADACION DE SUELO Amarre del suelo por efecto de vegetación arbustiva y arbórea Manejo de coberturas nobles Denominación de Lección 33 Agricultura de conservación Denominación de Lección 34 Barreras vivas y cortinas rompe vientos Denominación de Lección 35 Canalización de aguas de escorrentía Denominación de capítulo 8 Denominación de Lección 36 OBRAS DE ESTABILIZACIÒN BIOINGENIERIA Terrazas y Acequias de ladera Denominación de Lección 37 Trinchos vivos y terrazas de estabilización Denominación de Lección 38 Filtros Denominación de Lección 24 Recuperación de cárcavas Denominación de Lección 40 Causas del colapso intervención ESTUDIOS DE CASO Denominación de Lección 31 Denominación de capítulo 9 de obras Y de UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Denominación de Lección 41 Manejo de aguas domesticas Denominación de Lección 42 Denominación de Lección 44 Recuperación de suelos degradados por erosión hídrica y eólica Desestabilización de taludes por cambio en el uso del suelo Incendios forestales Denominación de Lección 45 Manejo de incendios Forestales Denominación de Lección 43 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIDAD UNO EL SUELO COMO SISTEMA En 1987, la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo o Comisión Brundtland, como comúnmente se conoce, manifestó que “para cubrir las necesidades de los seres humanos, los recursos naturales de la Tierra se deben conservar y mejorar”. Aquello que era claro como el agua para la Comisión, permanece como cierto hoy en día: no conoceremos la seguridad humana hasta que seamos capaces de conservar nuestra tierra y el agua de una forma que permita a la gente de todo el mundo salir de la pobreza con el fin de asegurar la sostenibilidad (Guacadja, 2009). Desde 1994, 193 países se han unido a la comisión pero 16 años después aun estamos muy lejos de tan noble propósito. El 14 de junio de 1992 culminó la Cumbre de la Tierra o Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo que fue celebrada en Río de Janeiro, Brasil, en donde las representaciones de 173 gobiernos, aprobaron varios acuerdos. Entre ellos, los más importantes fueron: la Declaración de Principios sobre Bosques; la Declaración de Río sobre Medio Ambiente y Desarrollo; y la Agenda 21. La Agenda 21, es un programa para desarrollar la sostenibilidad a nivel planetario. Abarca aspectos económicos, sociales y culturales, así como relativos a la protección del Medio Ambiente. Su capítulo 28 destaca el rol que les corresponde a las comunidades locales motivándolas a crear su propia versión de Agenda 21 Local. De ésta manera es posible que cada ser humano, cada comunidad asuma la responsabilidad frente a problemáticas concretas de su entorno y lleve a cabo planes de acción, que en conjunto, pueden hacer la diferencie. En un informe presentado en marzo de 2002, por el entonces Secretario General de las Naciones Unidas, Kofi Annan, planteó un panorama de la situación mundial del desarrollo sostenible. 1,300 millones de personas viven en extrema pobreza, con ingresos menores a un dólar norteamericano diario. La población mundial actual es de 6,100 millones de personas y se calcula que para el año 2050 podría aumentar en un 50%, y alcanzar la cifra de 9,300 millones de habitantes. Los niños son las principales víctimas de la degradación del medio ambiente. Las enfermedades causadas por el consumo de agua y UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades alimentos contaminados por bacterias provocan la muerte de 5,500 niños todos los días. Aproximadamente la mitad de los ríos del mundo están seriamente degradados y contaminados. La contaminación de los mares por las aguas residuales ha causado una grave crisis sanitaria. Se calcula que el consumo de alimentos contaminados provenientes del mar provoca 2 millones y medio de casos de hepatitis infecciosa al año, lo que causa 25,000 muertes y discapacidad a otras tantas personas. Más de 100 millones de personas carecen de agua potable segura. Las aguas contaminadas afectan la salud de 1,200 millones de personas y contribuyen a la muerte de 15 millones de niños menores de 5 años anualmente. 2,000 millones de personas carecen de energía, lo que las condena a seguir viviendo en la pobreza. Más de 1,000 millones de personas respiran aire contaminado y tres millones mueren anualmente por la contaminación del aire. De acuerdo a la Lista Roja de Especies Amenazadas de la Unión Mundial para la Naturaleza, 11 mil 46 especies están en peligro de extinción en el mundo y 816 ya se han extinguido. El 70% de los arrecifes de coral está muriendo como resultado de la contaminación producida por las actividades humanas. El planeta pierde al año más de 7 millones de hectáreas de tierra cultivable debido a la degradación del suelo. La erosión del suelo causada por el agua, el viento y las sustancias químicas ha degradado severamente unos 2,000 millones de hectáreas: un área mayor que la de los territorios de Estados Unidos y México juntos. Alrededor del 15% de estas tierras han sufrido daños irreversibles. Se han perdido el 80% de los bosques que cubrían la Tierra. Cada día desaparecen 375 km2 de bosques, un área equivalente a la superficie de Grecia cada año. En Octubre de 2009 se llevó a cabo en Buenos Aires, Argentina, la Cumbre de Desertificación de Naciones Unidas. En ella se dejó en claro que si no hay un cambio en la forma como se maneja el suelo, en 2020, la erosión provocará el desplazamiento forzado de 135 millones de personas. Así las cosas, el panorama sigue siendo sombrío. Las luchas de poderes y los intereses económicos siguen prevaleciendo sobre el bien común y atentando contra Derechos fundamentales como el derecho de todo ser humano a una vida digna, a una alimentación adecuada, al acceso al agua, y a un medioambiente sano, todos incluidos en la Declaración Mundial de Derechos Humanos. No UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades obstante, es un deber de todo ciudadano de la Tierra, hacer cuanto le sea posible para conservar los recursos que garanticen la permanencia de nuestra especie sobre el planeta. CAPITULO 1: GENESIS DEL SUELO Y Dios dijo: Júntense las aguas que están debajo de los cielos en un lugar, y descúbrase lo seco. Y fue así. Y llamó Dios a lo seco Tierra, y a la reunión de las aguas llamó Mares. Y vio Dios que era bueno. GENESIS 1: 9-10 Lección 1: Material Parental Se denomina material parental a la Roca madre que da origen al suelo. Las características mineralógicas de la roca determinan en gran medida las características físicas y químicas del suelo que se forma a partir de ellas. Entre esas características se encuentra la resistencia a la degradación. Por tanto, si se conoce la roca de origen de un suelo es posible hacerse a una idea de la susceptibilidad al deterioro que tendrá bajo manejos determinados. 1.1 Horizontes del Suelo El suelo es la colección de cuerpos naturales formado por la alteración de los cuerpos (rocas) ígneos o sedimentarios, debida a su exposición en la superficie de la tierra, y que poseen una distribución anisotrópica de propiedades a lo largo de un eje normal a la superficie del terreno (Brewer, 1964). Los procesos de formación del suelo dan origen a los horizontes del suelo y el conjunto de horizontes, denominado perfil de suelo, se constituye en la unidad básica de estudio para la caracterización, la clasificación y la evaluación de los suelos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 1. El perfil de suelo Fuente: Artigas, 2004. En la medida en que un suelo evoluciona, los horizontes se diferencian más claramente y la evolución del suelo dependerá de los diferentes factores de formación como material parental, clima, vegetación y manejo. Los horizontes típicos del suelo son: Horizonte O: Formado por materia orgánica que puede estar en diferentes estados de degradación Horizonte A: Horizonte mineral formado en la superficie (o por debajo de un Horizonte O, que carece total o casi totalmente de la estructura original de la roca parental. Horizonte E: Horizonte mineral en el que el rasgo principal es la pérdida de arcilla, hierro, aluminio o alguna combinación de esos componentes, con la consiguiente concentración de partículas de arena y limo. Es decir que se forman mediante el proceso de eluviación que es la migración de partículas a través del perfil. Horizonte B: Formado por debajo de un horizonte O, A o E, total o casi totalmente desprovisto de estructura de roca y en el que puede evidenciarse la concentración iluvial de arcilla, hierro, aluminio, humus, carbonatos, yeso, o sílice, solos o en combinación. Suelen ser horizontes más frágiles que los otros. Horizonte C: Horizontes o capas, excluyendo roca consolidada, que han sido poco afectados por los procesos edafogénicos y que carecen de las propiedades de los horizontes O, A, E o B. El material del horizonte C puede ser similar o no al que UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades presumiblemente dio origen al solum. El horizonte C puede haber sido modificado aún si no hay evidencias de edafogénesis1. 1.2 Material Parental Las características físicas y químicas de cada horizonte, dependen tanto de la roca madre como de los procesos que sobre ella actúan. El suelo es un conjunto de elementos vivos e inertes que se comportan como un todo. A continuación haremos una breve descripción de ellos. El material parental, puede estar conformado por minerales primarios (Rocas ígneas) o minerales secundarios (Rocas metamórficas y sedimentarias). Las rocas sedimentarias constituyen el 80% del territorio Colombiano; las rocas ígneas y metamórficas de las cordilleras, del escudo Guyanés, Sierra nevada de Santa Martha ocupan el resto del territorio. Las rocas metamórficas se ubican principalmente en la cordillera Central y las rocas ígneas en ésta y en la cordillera Occidental, no obstante en ellas, reciben cenizas volcánicas (Malagòn, 2002), factor que confiere caracteristicas especiales de potencial agrìcola y de manejo. El agua, las raices de las plantas, la temperatura, los animales y microorganismos, ejercen una acciòn quìmica y mecànica sobre la roca madre, que con el tiempo dan origen al suelo. Cada mineral tiene unas características mineralógicas distintas y de ellas depende su grado de resistencia a la degradación. Las rocas ígneas. Están compuestas fundamentalmente por silicatos, los cuales están constituidos mayoritariamente por silicio (Si) y oxígeno (O). Estos dos elementos, junto con el aluminio (Al), calcio (Ca), sodio (Na), potasio (K), magnesio (Mg) y hierro (Fe), constituyen más del 98% en peso de la mayoría de los magmas que al solidificarse forman las rocas ígneas. Además los magmas contienen pequeñas cantidades de muchos otros elementos como azufre (S), oro (Au), plata (Ag) uranio (U), tierras raras, gases en disolución, etc. Los silicatos tienen una estructura tetraédrica en cuyo centro está el átomo de silicio y cuyos vértices contienen átomos de oxígeno. La forma básica es SiO4. Las rocas ígneas, dependiendo del magma que las origina y a la forma en que el magma cristaliza, dan origen a minerales de diferente estructura y naturaleza química. Si el magma cristaliza en la superficie da origen a rocas volcánicas, mientras que si solidifica en profundidad, da origen a rocas plutónicas. 1 Tomado de http://www.fagro.edu.uy/~edafologia/curso/Material%20de%20lectura/COMPOSICION/morfologia.pdf UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los diferentes silicatos que constituyen las rocas ígneas cristalizan en un orden determinado, que está condicionado por la temperatura. La serie de cristalización de Bowen (1928) nos muestra el orden de cristalización de los distintos silicatos conforme disminuye la temperatura de un magma.2 Figura 2. Formación de minerales ígneos silicatados Fuente: Gonzales, C. http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/GEORED/Endogenas/igneas.htm En función del tamaño de los cristales, en una roca ígnea pueden establecerse dos clases texturales: Rocas faneríticas: En donde los cristales pueden verse a simple vista. Se da en rocas que han sufrido un proceso lento de enfriamiento. Es típica de rocas intrusivas (plutónicas). Los tamaños de grano varían entre 2 y 30 mm. Rocas Afanìticas: Es aquélla roca en la que los cristales solo pueden verse con la ayuda de un microscopio. Estas rocas se producen cuando el enfriamiento del magma se de forma más o menos rápida. Esta textura es típica de rocas volcánicas y subvolcánicas. Dentro de éste grupo se encuentran las texturas microcristalinas, cuando los cristales son reconocibles con el microscopio y las vítreas o criptocristalinas, cuando los cristales no son reconocibles con el microscopio. Las capas de sedimentos volcánicos de diferente porosidad influyen en los procesos gravitacionales, porque aquéllas que son permeables se saturan al 2 Tomado de: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/GEORED/Endogenas/igneas.htm UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades ocurrir lluvias voluminosas, mientras que las impermeables ocasionan la concentración del agua en la capa contigua (Capra et al., 2003, citada por Lugo et al, 2005). Hay que considerar también la zona limítrofe entre depósitos volcánicos y rocas sedimentarias, donde el contacto geológico, la inclinación de las capas y la pendiente del terreno son factores de inestabilidad. Las cenizas volcánicas son materiales muy resistentes a la erosión natural pero altamente susceptibles a la compresión, por lo que bajo usos inadecuados y exceso de carga terminan por desestabilizarse. Los basaltos por su parte, son rocas ígneas extrusivas, poco resistentes a la erosión natural y muy resistentes a la compresión. Por su alta capacidad de absorción de agua, tienden a desestabilizarse una vez que se han saturado. Carretera Vía Municipio de Restrepo Problema: Movimiento Masal Material parental: Cenizas volcánicas (amarillas) depositadas sobre basaltos (rojizos). Horizonte O: Orgánico de poco espesor Horizonte A de de textura arenosa con buena capacidad de infiltración. Compuesto por Cenizas volcánicas. Se presenta estable. Horizonte C de textura arcillosa. Material extrusivo (basalto). Textura Franco arcillo limosa, coloración rojiza indicando contenidos de hierro oxidado. Inestable por saturación de agua. Se evidencian flujos de lodo y movimientos en masa. Figura 3. Perfil de suelo con evidencia de Movimientos en masa Autor: Susana Gómez P.2008. Las Rocas Metamórficas. Son el resultado de la transformación de una roca (protolito) por acción de cambios de presión y temperatura, dando como resultado unas condiciones ambientales que son diferentes de las existentes durante el periodo de formación de la roca premetamórfica. La modificación del protolito tiene lugar en estado sólido y consiste en recristalizaciones, reacciones entre minerales y cambios estructurales. La clasificación de las rocas metamórficas se fundamenta en la composición mineralógica, en la textura (el factor más importante es el tamaño de grano y la presencia o ausencia de foliación) y en el tipo de roca inicial antes del producirse el proceso metamórfico. Dependiendo de cómo las fuerzas de presión actúan, los UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades cristales o las estructuras laminares de minerales planares como micas, esquistos y gneises, se orientarán con diferentes grados de inclinación o clivaje. Las rocas metamórficas planares suelen fracturarse siguiendo los planos de foliación. Los perfiles de suelo que las contienen suelen ser muy inestables. Esquistos Buzamiento negativo (estable) Buzamiento positivo (inestable) Figura 4. Deslizamientos en perfil conformado por Esquistos Pizarrosos. Carretera Vía El Cairo, Valle. Foto: S. Gómez. 2008. Los esquistos favorecen los procesos de deslizamiento y flujo de corta o larga extensión según sea la consistencia de la roca plegada, la inclinación, fractura y grosor de la corteza de intemperismo, que puede desestabilizarse fácilmente. La conservación de esta corteza en condiciones montañosas se debe a que está protegida por una densa vegetación de bosque, que al mismo tiempo contribuye a su desarrollo. La desestabilización en suelos originados de éste tipo de material se debe en gran medida a deforestación para cultivos o para la construcción de carreteras y construcciones que rompen el equilibrio del talud natural. (Lugo, Zamorano, Capra, Inbar & Alcantara A., 2005). Dependiendo del buzamiento de las laminas, el perfil serà o no inestable. Las Rocas Sedimentarias. La meteorización y erosión producen partículas de diverso tamaño que son transportadas por el hielo, el agua o el aire hasta las zonas de mínima energía donde se acumulan. Una vez en reposo, los sedimentos sufren procesos que los transforman en rocas sedimentarias. Según su origen se clasifican en rocas detríticas y rocas químicas. Las rocas detríticas o fragmentarias, se componen de partículas minerales producidas por la desintegración mecánica de otras rocas que son transportadas sin deterioro químico, por el agua hasta cuerpos de agua mayores en donde son depositadas en capas. Ejemplos: lutitas, arcillolitas, limolitas y arenisca. Las rocas sedimentarias químicas se forman por sedimentación química de materiales que han estado en disolución durante su fase de transporte. En estos UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades procesos de sedimentación también puede influir la actividad de organismos vivos, en cuyo caso se puede hablar de origen bioquímico u orgánico. Ejemplos: yeso, anhidrita y calizas. Son tres las rocas sedimentarias más abundantes clasificadas por su participación: lutitas 45%, areniscas 32% y calizas 22%; otras, 1%. La propiedad fundamental de las lutitas es la plasticidad o la impermeabilidad, la de las areniscas, su posibilidad y eventualmente la dureza (de ser cuarzosa), o de servir como acuífero, y la de las calizas, la de ser roca rígida y soluble. Las lutitas, limolitas y areniscas, en estratos de grosor delgado a medio, presentan poca resistencia al intemperismo y a la erosión, a lo que contribuyen los factores estructurales, como la inclinación de las capas en ángulo de más de 15º, las fracturas y el contacto entre estratos de diferente competencia por los cuales se infiltra el agua. Estas rocas reúnen condiciones favorables para el desarrollo de procesos de caída y deslizamiento, principalmente. Si a las condiciones de estratigrafía se agrega el relieve de vertientes altas y empinadas, se tendrá una fuerte propensión a procesos gravitacionales, deslizamiento, flujo y combinaciones de éstos. En los casos en que las lutitas se encuentran formando parte de la columna estratigráfica en condiciones de alta energía del relieve, en laderas montañosas o valles erosivos, resultan muy favorables para los procesos gravitacionales, por sus propiedades y por su contacto con otras rocas. (Lugo et al. 2005). Las calizas se presentan en estratos delgados a gruesos y son poco resistentes debido a su estructura. Sin embargo dentro de las rocas sedimentarias son las más resistentes a la erosión. Figura 5. Plaza del Cocuy, Boyacá. Calizas. Fuente: www.angelfaire.com, referenciado por Duque, E.G.UNAL. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 2: Factores y Procesos de Formación del suelo Para entender cómo se origina un suelo, es necesario entender que hay unos factores y unos procesos de formación. Los factores son elementos necesarios para que se forme un suelo y los procesos actúan sobre los factores para lograrlo. Los factores formadores del suelo son en su orden: Material parental, clima, vegetación, topografía e intervención entrópica. Los procesos son La erosión y la Meteorización. 2.1 Procesos de Formación Tres procesos básicos ocurren sobre el material parental: fragmentación, alteración y traslocación de los materiales. Fragmentación: Los cambios se producen tanto a nivel de alteración de los granos de los minerales como en lo referente a su organización (estructura). Figura 6. Microfotografía que muestra el proceso de degradación de una roca granítica hasta formar suelo. Fuente: (UNIVERSIDAD DE http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/imagenes/g010203.gif GRANADA-ESPAÑA), en El material se vuelve cada vez mas deleznable, los cristales se separan unos de otros, pero conservando en gran medida el volumen inicial y la organización primitiva de roca. A este estadio de alteración se le llama “saprolita”. En la fase final, la transformación es tan intensa que el material adquiere una morfología propia. Se forma el suelo. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En ésta última fase, permanece sólo el cuarzo que es muy duro e inalterable (sólo se fragmenta) y se forman nuevos minerales edáficos (que no existían en la roca madre) que se acumulan en la fracción arcilla. Los organismos vivos se establecen sobre el saprolito, lo incorporan sus residuos y sus propios cuerpos al morir. transforman e Los restos orgánicos pasan por el proceso de mineralización y forman compuestos más estables denominados compuestos húmicos. Figura 7. Formación de suelo a partir de roca granítica Fuente: UNIVERSIDAD DE GRANADA-ESPAÑA), en http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/imagenes/g010212.gif Traslocación: Es el transporte de material de un sitio a otro a causa de diferentes factores erosivos. Puede darse transporte por agua de escorrentía, por el viento, por glaciares y depósito del mismo en los valles, fondos de ríos, lagos y mares. Los glaciares dan origen a diferentes tipos de formaciones dependiendo de cómo se depositen los sedimentos. Así, se forman las morrenas, los derrubios y los circos glaciares. El agua y el viento también transportan sedimentos mediante procesos erosivos como la erosión laminar, en surcos y cárcavas, la saltación y la erosión eólica. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 8.Transporte de sedimentos y formación de depósitos. Fuente: iesmonre.educa.aragon.es/dep/biogeo/.../Glaciares y Periglaciares.ppt La traslocación también se da a través del perfil de suelo y da origen a horizontes de eluviación y a horizontes de iluviaciòn. En el proceso de eluviación-iluviaciòn de arcilla el agua de las precipitaciones arrastra las arcillas desde los horizontes superiores, la cual al dispersarse pasa a la solución del suelo en forma de suspensión. Por la acción de la gravedad, las suspensiones se infiltran por el suelo a través de los macroporos. Estas suspensiones alcanzan los horizontes profundos en los que el suelo se encuentra seco (imagen A), migran por los macroporos y son succionadas por los microporos de las zonas circundantes (imagen B; el agua pasa a estos microporos por presentar fuerzas de succión mucho mayores que las existentes en los macroporos). Las paredes de los macroporos actúan como filtros, ya que las partículas de arcilla no pueden pasar a través de los microporos y son retenidos y se concentran formando delgadas películas acuosas que rodean las paredes de los macroporos (imagen C). Finalmente al ser succionada la totalidad del agua del macroporos, las partículas quedan materialmente aplastadas sobre sus paredes y forman unas finas películas de arcilla con sus partículas dispuestas paralelamente entre si y a su vez paralelas a las paredes del poro, quedando fuertemente retenidas (imagen D)3. 3 Tomado de : http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/proctra3.htm UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 9. Proceso de eluviación – iluviaciòn de arcillas Fuente: Universidad de http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/imagenes/gc104t14.gif Granada, en Meteorización química. Para que se forme suelo no es suficiente con que ocurran procesos de alteración física. Son también necesarios procesos químicos, mediante lo cuales los materiales sufren modificaciones originando otros minerales y dando lugar a las características químicas propias de cada suelo. Los principales procesos químicos que ocurren a nivel de transformación de minerales son4: Disolución: Es la disociación de las moléculas en iones, gracias a un agente disolvente que en éste caso es el agua. Este proceso no implica ninguna transformación en la composición química del material disuelto. Una vez disueltos los materiales se precipitan al desaparecer el agente disolvente. Frecuentemente esta precipitación se hace en el mismo lugar de la disolución. 4 Apartes tomados de Geografía esencial, Página publicada por Santiago Pastrana Álvarez en http://club.telepolis.com/geografo/index.htm. y de la página web de Edafología y química agrícola de la Universidad de Granada, España, disponible en http://edafologia.ugr.es/index.htm UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Las rocas sedimentarias son más sensibles a la disolución, particularmente las evaporitas (sal, yeso) pero la presencia de ciertos compuestos en disolución (como el anhídrido carbónico) aumenta el poder disolvente del agua, haciendo que otras rocas como la caliza, sea también fácilmente atacada. Las aguas alcalinas atacan muy eficazmente las rocas silíceas. La disolución es más eficaz cuanto mayor es la humedad y la temperatura y con la persistencia de la humedad sobre la roca, por lo que es más efectiva en las rocas cubiertas por un manto vegetal. Carbonatación: Es un tipo de disolución propia de las rocas carbonatadas y que es responsable del relieve cárstico. La disolución cárstica conlleva la existencia de agua acidulada (que lleva en disolución ácido carbónico) que ataca a rocas que contengan calcio, sodio, potasio y, en general, óxidos básicos, dando lugar a los carbonatos y bicarbonatos. La disolución cárstica presenta una eficacia diferente dependiendo de la temperatura y la humedad ambiental, así como de la cubierta vegetal. Tras la disolución aparecen residuos insolubles, residuos de disolución, como la arena y la arcilla de descalcificación: “terra rossa” o arcillas con sílex. Los elementos disueltos también pueden precipitar tras una migración. Hidratación: Es el proceso por el cual el agua se combina químicamente con un compuesto. Cuando las moléculas de agua se introducen a través de las redes cristalinas de las rocas se produce una presión que causa un aumento de volumen, que en algunos casos puede llegar al 50%. Cuando estos materiales transformados se secan se produce el efecto contrario, se genera una contracción y se resquebrajan. Afecta a rocas con un metamorfismo débil (esquistos, pizarras) compuestas por silicatos alumínicos que al hidratarse se transforman en arcillas, más sensibles a los agentes erosivos. También afecta a algunas evaporitas, como la anhidrita que se transforma en yeso. La hidratación es más eficaz cuanto mayor es la humedad y la temperatura, y la existencia de una cobertera vegetal. Oxidación: Se produce por la acción del oxígeno, generalmente cuando es liberado en el agua. En la oxidación existe una reducción simultánea, ya que la sustancia oxidante se reduce al adueñarse de los electrones que pierde la que se oxida. Se produce por el contacto del aire con las rocas en cuya composición se encuentran minerales que se pueden combinar con el oxígeno: férricos, carbonatos, sulfuros, para formar óxidos e hidróxidos. Los sustratos rocosos de tonalidades rojizas, ocres o parduzcas, tan abundantes, se producen por la oxidación del hierro contenido en las rocas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La Bauxita es una mena residual, producto de la meteorización de rocas ígneas en condiciones geomorfológicas favorables que generalmente se presenta como una mezcla de Gibsita Al(OH)3 y Caolinita Al2Si2O5(OH)4. Los suelos formados durante éste proceso, dan lugar a perfiles laterìticos u Oxisoles que se caracterizan por: º Un gran enriquecimiento de Fe, Al o de ambos, asociados con óxidos, hidróxidos y oxihidróxidos minerales. º Poca presencia de sílice, bases y minerales primarios. º Presentan cuarzo y varias capas de minerales arcillosos. Fuente: www.mineralcorp.net/bauxita_1htm Figura 10. Oxisol. Casuarito - Vichada Hidrólisis: Es la descomposición química de una sustancia por el agua, que a su vez también se descompone. En este proceso el agua se transforma en iones que pueden reaccionar con determinados minerales, a los cuales rompen sus redes cristalinas. Este es el proceso que ha originado la mayoría de materiales arcillosos que conocemos. La lixiviación del suelo es fundamental para que tengan lugar los procesos de hidrólisis ya que el agua de lluvia apenas tiene iones H+, son los ácidos procedentes de la descomposición de los seres vivos los que cargan el agua con iones H+. Se distinguen tres grados de alteración hidrolítica, en función de las características de la argilización5. En el primer grado se forman arcillas montmorilloníticas, caracterizadas por la presencia de complejos silicatos alumínicos y sílice. Son de color ocre o rojo y muy plásticas, por lo que absorben grandes cantidades de agua, lo que hace aumentar su volumen. En el segundo grado se forman arcillas caoliníticas, caracterizadas por la escasez de sílice y la neo formación de arcillas claras, que tienen una menor capacidad de absorción de agua. El caolín es la arcilla y la caolinita el silicato alumínicos hidratado. 5 Proceso de transformación de minerales y rocas no arcillosos en arcillosos (por ejemplo: feldespatos en arcillas esmectíticas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 11. Estructura básica de Silicato y formación de arcillas por superposición de Silicatos en estructuras tetraédricas y octaédricas. El tercer grado consiste en la laterización, cuando se ha eliminado totalmente el sílice y en las arcillas se concentran elementos residuales en forma de hidróxidos de aluminio y hierro, los cuales pueden formar corazas de gran consistencia (lateritas). Se trata de una arcilla endurecida, como un ladrillo muy frecuente en los países tropicales húmedos. Acción biológica: Los componentes minerales de las rocas pueden ser descompuestos por la acción de sustancias liberadas por organismos vivos, tales como ácidos nítricos, amoniacos y dióxido de carbono, que potencian la acción disolvente del agua. Figura 12. Procesos de Meteorización química UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 2.2 Factores de Formación del suelo Jenny en 1940 resumió la formación del suelo en una sola ecuación: S = (cl, o, r, p, t). Donde: "S" = suelo, "f" es una función, "cl" = clima, "o" = organismos, "r" = relieve, "p" =roca madre y "t"= tiempo. Según la ecuación, se formarán suelos diferentes dependiendo de cómo varíen los factores. La misma combinación de factores originará siempre el mismo tipo de suelo independientemente del lugar geográfico en que se encuentre. De igual forma, los atributos químicos y físicos del suelo, como pH, contenido en arcillas, porosidad, etc., está determinada por la combinación de estos factores formadores. 2.2.1 Material parental La roca madre representa la fuente de materiales minerales sólidos. Las propiedades de ese material inicial influyen las características de los suelos jóvenes, recientemente formados. En la medida en que el tiempo avanza, las características del suelo van cambiando y se van diferenciando más y más de la roca de origen. Las características de la roca madre que más influyen en la formación del suelo son: Composición mineralógica. Las rocas formadas por materiales inestables como rocas sedimentarias, evolucionarán más fácil y rápidamente que aquellas rocas formadas por minerales estables como el cuarzo, que aunque se fragmenta, apenas llega a edafizarse tras largos periodos de meteorización. Permeabilidad. Regula la penetración y circulación del aire y del agua, lo que va a condicionar de un modo decisivo la fragmentación, alteración y traslocación de los materiales. Granulometría. Entre más grande sea el tamaño de grano, más tiempo se llevará la edafización y mas poroso será el material al que den origen. Las arenas tardaran más tiempo en formar suelo que las arcillas y los limos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 2.2.2 Clima El clima regula no solo la temperatura en el ambiente y en el suelo sino también la humedad relativa, la precipitación y por lo tanto el aporte de agua al suelo. Humedad y temperatura son determinantes en la formación del suelo. Las graficas a continuación, muestran la intemperización de la roca en función de la precipitación y la temperatura. La cantidad de agua en el suelo, el tiempo de permanencia y el movimiento a través del perfil, son determinantes para la formación de suelo ya que regulan la velocidad de desarrollo de la mayoría de los procesos edáficos. La velocidad de infiltración, determinada a su vez por factores climáticos, cantidad y distribución anual de las precipitaciones, y algunos parámetros edáficos, como la permeabilidad, determinan el lavado y acumulación de sales a través del perfil así como los procesos de iluviaciòn y eluviación. La intensidad de la alteración, la clase de procesos que se presentan, el tipo de horizontes que se formen y el espesor del suelo van a ser muy diferentes según el tipo de drenaje que presenten a través del perfil. La cantidad y tipo de arcilla presente en un suelo, varía en función de la precipitación y la temperatura. Figura 13. Formación de suelo en función del Clima Fuente: Universidad de Granada, en http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/imagenes/i010303.gif UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 14. Presencia de arcilla en el suelo en función del clima Fuente: Universidad de Granada en, http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/imagenes/i010303.gif El contenido de materia orgánica y las diferentes fracciones presentes también varían de acuerdo al clima. En general, a mayor humedad y mayor temperatura, mayor grado de mineralización. A menor temperatura menor mineralización. En ambientes totalmente inundados, no hay mineralización y por el contrario se suceden procesos de acumulación y putrefacción. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 15. Mineralización de materia orgánica en función del clima y de la cobertura vegetal Fuente: Universidad de Granada, en http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/imagenes/i010303.gif Las propiedades químicas del suelo dependen también de la humedad. La C.I.C y la concentración de iones en el complejo de cambio varían en la medida en que las condiciones son más o menos oxidadas y en que hay un mayor lavado de bases que son sustituidas por iones H+. Figura 16. Cambios de las propiedades químicas del suelo en función de la precipitación Fuente: Universidad de Granada, en http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/imagenes/i010303.gif 2.2.3 Relieve Cuando se habla de relieve nos referimos a la forma de la corteza terrestre. El relieve está definido por parámetros como la inclinación, la longitud de las pendientes, la posición fisiográfica, la orientación y las geoformas. Estos parámetros influyen en la forma en que se desprenden y depositan los materiales a causa de los procesos erosivos de naturaleza hídrica y eólica. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Así en las zonas altas se producen pérdidas de suelo y en las zonas bajas como los valles y fondos de ríos, lagos y mares, se dan ganancias por depósito de materiales transportados. De la misma forma, se da el movimiento del agua. A través de las laderas el agua de escorrentía y de percolación arrastra sedimentos y iones creando suelos químicamente más pobres, mientras que en las zonas cóncavas se acumulan creando suelos enriquecidos. El relieve también modifica las características del clima edáfico, al influir en la temperatura y en la humedad en función de la inclinación. De acuerdo a la posición fisiográfica de las vertientes montañosas, la incidencia de los rayos solares varía en intensidad y duración a lo largo del año. Mientras que determinadas áreas de las laderas montañosas pueden recibir luz durante todo el día, otras, las que quedan al interior, pueden quedar sombreadas dependiendo de su orientación con respecto a la salida y puesta del sol. En la misma medida la temperatura del suelo varía al recibir mayor o menor energía radiante. De otra parte, la altura sobre el nivel mar, determina la temperatura ambiental. Por cada 100mt de altitud, la temperatura varía en 0,6ºC. Figura 17. Incidencia del relieve sobre la temperatura Fuente: Universidad de Granada, en http://edafologia.ugr.es/introeda/tema01/factform.htm 2.2.4 Organismos Vivos Las raíces de las plantas ejercen una acción mecánica al provocar fractura con las raíces. Las raíces producen exudados capaces de disolver compuestos minerales y los microorganismos descomponen tanto minerales como residuos orgánicos. La meso fauna, entre la que se cuentan los anélidos e insectos, descomponen y mezclan los detritos. Los exudados vegetales y animales, las raíces y el micelio de hongos son agentes agregantes que dan origen a la micro estructura del suelo, favoreciendo la agregación de las partículas, la porosidad y el drenaje. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico Figura 18. Microestructura del suelo. Nótese las hifas de hongos formando Microagregados de suelo. Autor: Marina Sánchez de Prager, 2002. – UNAD Humanidades Raíces ejerciendo acción mecánica UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 3: Clases taxonómicas de suelo y susceptibilidad a la degradación La taxonomía de suelos obedece a la clasificación de los mismos de acuerdo a sus características e independientemente de su génesis. Obedece a claves de calcificación aceptadas universalmente y en constante actualización. Cuando se conoce la clasificación taxonómica de un suelo, de manera inherente se tiene información precisa de sus propiedades químicas y físicas, de los procesos de formación que allí se suceden, de su capacidad de uso y de las restricciones de manejo. En Colombia se utiliza, oficialmente, el Sistema de Clasificación de Suelos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de Norteamérica (Soil Survey Staff (SSS), 1999). Este sistema es multi categórico y agrupa los suelos, en la categoría más general, en 12 clases que llama “Orden”. A este nivel de generalización se puede establecer el grado relativo de evolución del suelo en cada una de las clases definidas, condición fuertemente relacionada con el grado de fertilidad que él presenta: “A mayor grado de evolución, menor nivel de fertilidad” (Jaramillo, 2004). Las 12 clases de suelos definidas al nivel de Orden, se identifican con los siguientes nombres: Alfisol, Andisol, Aridisol, Entisol, Espodosol, Gelisol, Histosol, Inceptisol, Mollisol, Oxisol, Ultisol y Vertisol. En la medida en que un suelo joven va evolucionando van cambiando sus atributos químicos y físicos. Figura 19. Grado de Evolución de los diferentes ordenes de suelos Autor: Malagón, 2004. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 3.1 Entisoles, Inceptisoles e Histosoles Los Entisoles son Suelos de regolito, Tienen menos del 30% de fragmentos rocosos, formados típicamente tras aluviones de los cuales dependen mineralmente. Son Suelos jóvenes y sin horizontes genéticos naturales o incipientes. Los Inceptisoles, son suelos con características poco definidas. No presentan intemperización extrema. En climas fríos predomina la acumulación de materia orgánica debido a una baja tasa de descomposición de la materia orgánica. En climas cálidos la tasa de descomposición de materia orgánica es mayor. El pH es ácido, poseen mal drenaje, acumulan arcillas amorfas. Ocupan las laderas más escarpadas desarrollándose en rocas recientemente expuestas. Predominan en la cordillera de los andes junto a los Entisoles y en la parte más alta los Ultisoles, por las vegas de los ríos Caquetá, Guaviare, Putumayo y Amazonas. Los Histosoles, son suelos orgánicos que se desarrollan en ambientes de condiciones húmedas o frías. El suelo se encuentra saturado en agua al menos una vez al año. Su grado de evolución está asociado con el proceso de descomposición de sus materiales orgánicos. Se forman en zonas depresionales de los páramos. Los suelos de los páramos Colombianos, están condicionados en su evolución por características climáticas específicas de este ecosistema como son baja temperatura, regímenes de humedad variable y exposición de las vertientes. Son suelos muy frágiles vinculados en su evolución bioquímica a los materiales orgánicos (afectada por el clima y la fauna, y el humus resultante) y, muy poco o inexistente, con procesos de alteración geoquímica (Malagón, 1999). En estas zonas, los afloramientos rocosos, el crioclastismo6, la formación de agujas de hielo, determinante de la muy baja estabilidad de la estructura de los suelos , el alineamiento y selección de gravas y cascajos, la gelifluxión, el predominio de la alteración física sobre la química, la desestabilización de las vertientes y el limitado crecimiento y la densidad de la vegetación generan Entisoles (Cryorthents), Inceptisoles (Dystrocryepts), y algunos pocos Histosoles, de gran importancia en el almacenamiento y dinámica del agua en estos ecosistemas (Malagón, 1999). Las agujas de hielo se forman en la noche y se derriten durante el día, El agua al solidificarse aumenta en volumen, así los ciclos de congelamiento y descongelamiento desagregan las partículas del suelo. El agua al fundirse arrastra las partículas y al fluir desestabiliza las praderas. 6 Gelivación o crioclastismo: Fragmentación de una roca al convertirse en hielo, y aumentar se volumen consecuentemente, el agua contenida en sus fisuras y poros. La gelifracción es especialmente activa si el proceso hielo/deshielo es frecuente y da origen a material de roca anguloso. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los suelos de la Amazonía poseen texturas francas a arcillosas; sufren inundaciones frecuentes; drenaje pobre; son superficiales y limitados por el nivel freático y su fertilidad es media. Taxonómicamente predominan los Entisoles, Inceptisoles y en las partes altas los Ultisoles. En ambos casos, páramos y Amazonía, son suelos ácidos, de fertilidad muy baja a media y de muy poca capacidad de Resiliencia. Figura 20. Perfiles típicos Inceptisol, Entisol y Ultisol Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Ultisols, http://en.wikipedia.org/wiki/Inceptisols http://en.wikipedia.org/wiki/Entisols, Los Inceptisoles y Entisoles son también los suelos más frecuentes en la Región del Pacífico, en el Departamento del Chocó. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 3.2 Andisoles y Alfisoles Los Andisoles, son suelos de regiones húmedas y subhúmedas, desarrollados a parir de depósitos volcánicos como ceniza volcánica, piedra pómez, carbonillas y lava) y/o de materiales piroclásticos. Poseen buena acumulación de materia orgánica, buenas características físicas y se caracterizan por su mineralogía, en la que se encuentran minerales amorfos como las alófanas, altamente fijadoras de fósforo. En Colombia se encuentran distribuidos en la región Andina y especialmente en la cordillera Central. En la cordillera Occidental y Oriental también se presentan, pero en menor proporción. Estos suelos se meteorizan rápidamente, son resistentes a la erosión natural y muy susceptibles a la compresión por lo que bajo manejo inadecuado se desestabilizan dando lugar a flujos de lodo y remociones en masa. Debido a la presencia de altos contenidos de compuestos organominerales estables, especialmente en el horizonte superficial, los Andisoles resultan ser suelos muy bien estructurados que propician el buen drenaje, pero a su vez, presentan una buena retención de humedad. Estos suelos poseen una baja densidad aparente y baja resistencia al corte tangencial, por lo que son fáciles de arar, labor que se recomienda realizar con el uso de animales para evitar su erosión; en el caso de utilizar maquinaria pesada o con sobrepastoreo, esta propiedad los hace susceptibles de compactarse. Los suelos volcánicos en sus primeros estados de desarrollo son bastante susceptibles a la erosión hídrica, y si a esto se agregan las fuerzas pendientes en que ocurren propias de una fisiografía de montaña, y el uso intensivo a que son sometidos, se corre el riesgo de erosionarlos muy rápidamente (Henríquez, Cabalceta, Bertsch, & Alvarado). Los Alfisoles, son suelos de regiones con cambios estacionales de régimen sub húmedo a semiárido, con precipitaciones inferiores a 800 – 900 mm/año, con déficit hídrico de más de 5 meses al año. Poseen un % de saturación de bases alto, generalmente superior al 35%. Sus horizontes sub superficiales muestran evidencias claras de traslocación de arcilla y presentan un horizonte superficial de color claro con bajo contenido de materia orgánica. Se encuentran en la Región del Caribe, especialmente en los departamentos del Magdalena y Bolívar y en los valles Interandinos del Magdalena y del Cauca. Tienden a sufrir procesos erosivos y de salinización. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El encalado de estos suelos, si bien favorece las condiciones de fertilidad, en exceso también puede conducir e incrementar su erosión al favorecer la defloculación de las arcillas. 3.3 Molisoles y Vertisoles Los Molisoles son suelos oscuros, con alto contenido de materia orgánica, muy fértiles, ricos en sales minerales, con saturación de bases mayor del 50% por lo que bajo condiciones inadecuadas de manejo pueden salinizarse. Presentan texturas pesadas con dominancia de arcillas por lo que bajo condiciones de mecanización continua, tienden a amasarse y perder su estructura. Son suelos muy productivos del Valle del Cauca y de la Zona Caribe como la región del bajo Sinú. Sin embargo, también presentan fuertes limitaciones de uso relacionadas sus propiedades vérticas, horizontes endurecidos, deterioro estructural, alta susceptibilidad a la erosión, salinización, pérdida de la estructura y formación de micro relieve gilgai. Los Vertisoles son suelos con arcillas expansibles que se expanden en invierno y se contraen en la estación seca mostrando agrietamiento. Ocupan las partes bajas del relieve en los altos llanos occidentales. Se forman a partir de la transformación directa de alófana en arcillas tipo 2:1 como la montmorillonita y vermiculita. Representan suelos muy inestables cuando de construcción de obras civiles se trata. En los Vertisoles, el principal cultivo es el arroz bajo el sistema inundado, o como arroz de secano durante la estación lluviosa. Cuando se dispone de riego y con un buen sistema de manejo de la humedad del suelo, es factible sembrar caña de azúcar, sorgo, melón, soya, algodón, y otros productos hortícolas. La siembra de especies arbóreas, incluyendo forestales, no es recomendable en este tipo de suelos dado que su crecimiento es muy lento debido a la poda de raíces durante la estación seca y a los excesos de humedad durante la época lluviosa. A pesar de que algunos de estos suelos están cubiertos con pasturas, el manejo de las mismas es muy difícil y la producción animal es baja. La mecanización resulta muy difícil debido a la plasticidad del suelo. (Henríquez, Cabalceta, Bertsch, & Alvarado). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 21. Perfiles típicos de un Andisol, Alfisol. Molisol y Vertisol Fuente: USDA. En http://soils.usda.gov/technical/classification/orders/vertisols.html 3.4 Oxisoles y Ultisoles Los Oxisoles, son suelos ricos en sesquióxidos de hierro y aluminio con predominio de arcillas 1:1. Son suelos muy meteorizados, de escasa fertilidad y tienden a presentar texturas finas debido a su alto grado evolutivo. Su limitante más fuerte, es su baja capacidad de retención de humedad. Esto sumado a la acidez y falta de nutrimentos, limita el crecimiento de las plantas. Se encuentran en la región de la Orinoquía, los Llanos orientales y la Amazonía y acorde a las diferencias en las condiciones ambientales, requieren manejos diferentes. En la Amazonía, su conservación depende de la acumulación de hojarasca sobre el horizonte orgánico, mientras que en las sabanas de la Orinoquía es necesaria la adaptación de especies tolerantes a esas condiciones. Los Ultisoles, son suelos más jóvenes que los Oxisoles pero igual que ellos, altamente intemperizados, lateríticos, de colores rojizos y amarillos, ricos en arcilla y con un bajo nivel de bases, muchas veces ricos en óxidos secundarios de hierro y aluminio. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tienen un horizonte argílico de poco espesor y un bajo porcentaje de saturación de bases, generalmente inferior a 25%, formados bajo condiciones de clima tropical húmedo; son de color pardo rojizo oscuro y no muestran evidencias de saturación hídrica. Sus mayores limitantes son la fuerte acidez y baja fertilidad. Dependiendo del tipo de arcilla predominante los riesgos de deterioro varían como puede observarse en la tabla Tabla 1. Principales características de los suelos con arcillas de baja actividad de los Trópicos húmedos y ventajas y limitaciones que resultan de estas características (Adaptado de Spain, 1981 y tomado de Salinas & Valencia, 1983). También existe el riesgo de una laterización irreversible en aquellos en donde se presente una capa continua de plintita sub superficial que por efecto de la erosión pueda quedar expuesta, endureciéndose de forma irreversible y formando un horizonte cementado. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En contraste, sus características físicas son muy buenas. Casi siempre son de relieves planos y ondulados, muy profundos, con buena estructura, por lo que son de fácil mecanización y permiten un buen desarrollo de raíces. Figura 22. Perfiles típicos de un Oxisol y un Ultisol de la Orinoquía (Jaramillo, 2004). Tabla 2. Distribución de los diferentes Ordenes de Suelos en las Regiones de Colombia Autor: (Jaramillo, 2004) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 23. Mapa de Suelos de Colombia. (Malagón, 2003) De acuerdo con el IGAC, aproximadamente en el 85% del territorio nacional los suelos tienen valores de pH menores a 5.5 y el 57.6% tiene pH < 5. Además, en la Amazonia, la Orinoquia, el Andén Pacífico, el Valle del Magdalena y las islas del Caribe predominan los contenidos bajos de materia orgánica (entre 1 y 1.5% de carbono orgánico), en la región Caribe el contenido de carbono orgánico está entre 0.5 y 1% y en la Guajira es menor de 0.5%, es decir que, en el 73.11% del país los suelos presentan deficiencia en el contenido de materia orgánica; el comportamiento de esta propiedad en la región andina es muy variable debido a la gran cantidad de condiciones ambientales que se presentan en ella. En los suelos del 98% del país se presenta deficiencia de fósforo para las plantas. En las regiones Guajira, Caribe y Valle del Cauca se encuentran amplias áreas con suelos afectados por sales y/o por sodio, características que imponen limitaciones fuertes para su uso agropecuario (Jaramillo, 2004). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 4: Propiedades Físico químicas del suelo que influyen en la estabilidad de agregados. Las propiedades físicas y químicas de los suelos, determinan en gran medida, su capacidad de uso. La condición física de un suelo, determina muchas de sus propiedades como la capacidad portante, la facilidad para la penetración de las raíces, la facilidad de drenaje y la aireación, la capacidad de almacenamiento de agua, la plasticidad, y la retención de nutrientes. De otra parte, la clase y cantidad de aniones y cationes presentes en la solución del suelo, el tipo de arcillas y el tipo de complejos arcillo húmicos que se forman, determinarán los procesos de floculación o dispersión de las partículas del suelo. 4.1 Textura Está definida por el porcentaje en que se encuentran las fracciones minerales que constituyen el suelo: arena gruesa, arena media, arena fina, limo y arcilla. Las diferentes combinaciones, dan origen a diferentes clases texturales. Tabla 3. Clases Texturales Autor: (Rucks, García, Kaplan, Ponce de León, & Hill, 2004) Las fracciones gruesas, arena y grava, cuando no están cubiertas de arcilla y limo carecen prácticamente de plasticidad y de tenacidad. Su capacidad de retener agua es escasa y debido a los macroporos que se forman entre sus partículas UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades separadas, el drenaje del agua gravitacional es rápido. Estos suelos por su textura suelta no ofrecen resistencia al laboreo. La fracción limo posee alguna plasticidad, cohesión y adsorción pero en mucho menor grado que la fracción de arcilla. La fracción arcillosa es plástica, pegajosa, retienen gran cantidad de agua y su drenaje es lento debido al predominio de microporos. Los suelos en que predominan las fracciones finas limos y arcillas, resultan altamente plásticos y muy adhesivos cuando están saturados y pesados y duros al secarse. Si las arcillas presentes son de tipo expansivo, sufrirán agrietamiento. El laboreo intenso en suelos arcillosos provoca amasamiento, formación de costras y sellado de poros favoreciendo así los procesos de impermeabilización, encostramiento y formación de hard pan. La Densidad Aparente del suelo nos da una idea de que tan pesado es . Los suelos arcillosos presentan densidades aparentes más altas que aquellos suelos arenosos o con alto contenido de materia orgánica en donde hay una mayor cantidad de macroporos ocupados por aire. 4.2 Porosidad La estructura y la textura definen la porosidad. Dentro del espacio poroso se pueden distinguir macroporos y microporos. Los primeros no retienen el agua contra la fuerza de la gravedad, y por lo tanto son los responsables del drenaje y la aireación del suelo, constituyendo además, el principal espacio en el que se desarrollan las raíces. Los microporos son los que retienen agua, parte de la cual es disponible para las plantas. Algunos suelos cuyos horizontes inferiores son basálticos, de esquistos y en general horizontes arcillosos, tienen la capacidad de almacenar grandes volúmenes de agua. Debido al drenaje lento, imperfecto y a veces impedido, se saturan hasta el punto que por efecto de la gravedad se desprenden y provocan los movimientos en masa y la formación de cárcavas. En estos casos, cualquier obra de ingeniería o bioingeniería destinada a la estabilización de taludes, resulta infructuosa si antes no se ataca el problema que es la saturación de agua. En estos casos es imprescindible evacuar las aguas, hacer filtros y drenajes antes de construir otras obras de estabilización. 4.3 Estructura La estructura del suelo se define como la manera en que las partículas del suelo se agrupan, con la ayuda de agentes cementantes como la arcilla y la materia orgánica, formando agregados. Así, la estructura también determina el espaciamiento entre partículas, especialmente los macroporos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Según el nivel de observación, se definen la Macroestructura y la microestructura. La Macroestructura permite a simple vista, ver el arreglo de partículas en forma de estructuras mayores y que son las que conocemos como tipos de estructura: Granular, bloques angulares, bloques subangulares, laminar y columnar. La microestructura solo puede observarse bajo el microscopio. Es la que confiere al suelo agentes agregantes como la materia orgánica, exudados de raíces y microorganismos, hifas de hongos, colonias bacterianas, raíces y raicillas, micorrizas, deposiciones de meso y microfauna. Es de tipo transitorio y se encuentra en permanente formación, pues son seres vivos los que la construyen. De ella depende en gran parte, la capacidad de Resiliencia de un suelo, es decir la capacidad de soportar y recuperarse de un disturbio y volver al equilibrio. Entre más vida se encuentre en un suelo, mejores serán sus propiedades físicas y mayor será el grado de resistencia al deterioro. La estructura granular es la mejor y más adecuada para las labores agrícolas por su carácter suelto que no opone resistencia al crecimiento de las raíces ni al laboreo. Las estructuras laminares como las de los esquistos y micas, dan cuenta de horizontes que pueden ser problemáticos, pues forman planos de deslizamiento dependiendo del buzamiento7 de las láminas. Los horizontes formados por esquistos y otros materiales de estructura laminar, son por lo general impermeables. El suelo que hay por encima de ellos se satura de agua y se desliza por encima de los esquistos provocando derrumbes. Esta clase de movimiento de suelo es fácilmente observable en los taludes de las carreteras. Figura 24. Deslizamiento de tierra sobre esquistos pizarrosos. Machupichu, Perú (Carlotto, Cárdenas, & Fidel, 2009) 7 Buzamiento es el sentido u orientación de la inclinación de los estratos en un relieve de plegamiento formado en rocas sedimentarias, que son las que se disponen en forma de capas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 4.3.1 Estabilidad de los agregados del suelo La estabilidad estructural representa la resistencia a toda modificación de los agregados. El principal agente destructor de la estructura del suelo es el agua que actúa de diferentes formas degradándola: a. Por hidratación: Hincha los materiales y dispersa los agregados. b. Por salpique: Los agregados que están en la superficie del suelo, son dispersados por el impacto de las gotas de lluvia. c. Por desplazamiento del aire que se encuentra en microporos: el agua va entrando hacia el interior de los agregados, comprime el aire que había y llega un momento en el que el aire tiene que salir y resquebraja o rompe el agregado. Pero también hay pérdida de la estructura por otros mecanismos fisicoquímicos. Russell (1934), cit. por Baver et al. (1972), propuso que las partículas son atraídas por la acción de cationes que hacen de puente entre las moléculas de agua y sirven para ordenar a los dipolos. Autor: (Rucks, García, Kaplan, Ponce de León, & Hill, 2004). En caso de que el catión no exista, la estructura se mantiene por las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua. Cuando el agua drena y el suelo seca las partículas siguen cohesionadas gracias a puentes de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals. La dureza de cohesión entre partículas de suelo crece en la medida en que hay mayor presencia de arcillas y materia orgánica. Las arcillas son partículas con carga eléctrica negativa, capaces de retener a otras partículas cargadas. Dependiendo del tipo de arcilla, se superponen tetraedros y octaedros conformados por H++, O=, Al+++ y Sí= que pueden tener núcleos de Mg++ y Fe++. La unión entre arcillas y compuestos orgánicos cementantes la realizan cationes polivalentes como Ca++, Mg++, Al+++ y Fe++ e hidróxidos de Fe y Al++ también cargados positivamente, que permiten enlazar a los dos coloides y formar complejos arcillo - húmicos muy estables. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Cuando se dan procesos de hidratación, los iones pueden incrementar su tamaño. Algunos iones poseen radios de hidratación muy grandes como es el caso del Na+. En suelos salinos o salino sódicos, en condiciones saturadas, El Na+ puede intercambiarse con el Ca++ y el Mg++ en los sitios de cambio de las arcillas ya que se vuelve mucho más soluble que estos. En condiciones normales de humedad, los radios iónicos no difieren demasiado y la estructura se conserva. Pero una vez que hay presencia de agua, la molécula de Na+ se hidrata, incrementa su tamaño y se sale de la estructura de la arcilla rompiéndola y provocando la dispersión de las partículas del suelo. Los suelos sódicos, sin estructura se vuelven pegajosos cuando están mojados, se sellan y se reduce drásticamente la capacidad de infiltración. Cuando se secan, se produce un endurecimiento y encostramiento que impide el desarrollo de las raíces. Figura 25. Horizonte B nátrico, con estructura columnar, típico de suelos sódicos. (Ibañez, 2008) El mismo efecto ocurre cuando el ion predominante en el suelo es Mg ++ (% saturación Mg >40%) y hay presencia de arcillas expansivas. En éste caso el Magnesio ocupa los sitios de cambio antes que el Na+ e igual al hidratarse provoca la defloculación del suelo. Una vez que el Mg++ provoca rompimiento de la estructura, el Na puede pasar a través de la estructura de las arcillas y ocupar sitios de cambio, con lo que se completa el proceso de dispersión del suelo. Esta es la situación que se presenta en los suelos del Valle del Cauca en donde el Mg++ es el ion dominante en la solución del suelo. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 4.4. Consistencia del Suelo La consistencia es la propiedad del suelo que da cuenta del grado de cohesión y adhesión del suelo a diferentes grados de humedad y está relacionada directamente con propiedades del suelo como son la Resistencia a la compresión, friabilidad, plasticidad y viscosidad. Friabilidad: Se dice que un suelo es friable cuando se desmenuza fácilmente con un contenido de humedad a capacidad de campo. El rango de humedad en los cuales los suelos están friables, es también el rango de humedad en la cual la condición es óptima para la labranza. Los suelos están aptos para el laboreo cuando están friables y mullidos: los gránulos individuales están blandos y la cohesión es mínima (Rucks, García, Kaplan, Ponce de León, & Hill, 2004). A bajo contenido de humedad el suelo es duro y muy coherente a causa del efecto de cementación entre partículas secas. Si el suelo es trabajado con estas condiciones se producen terrones. Cuando el contenido de humedad aumenta, son adsorbidas moléculas de H2O, sobre la superficie, lo cual decrece la coherencia e imparte friabilidad a la masa del suelo. Plasticidad: Es la propiedad que poseen las arcillas para cambiar de forma cuando están sujetas a una fuerza deformante superior a las fuerzas cohesivas y mantener esa forma cuando la fuerza deja de ser aplicada (Rucks et al, 2004). Cuanto mas plastico es un suelo, mayor contenido de arcilla posee y mayor riesgo de compactación y/o amasado habrá dependiendo del manejo que se haga. Viscocidad: Dentro de un cierto rango de humedad, los efectos de la tensión de los films de agua entre las partículas coloidales, planas y orientadas, que imparten al suelo sus propiedades cohesivas, permiten al suelo quedar moldeado en cualquier forma deseada. El rango de humedad al cual se producen estos fenómenos corresponde al rango de plasticidad del suelo. La orientación de las partículas y su posterior deslizamiento de una sobre otras, se produce cuando se ha adicionado suficiente agua como para producir un «film» alrededor de cada partícula. El total de agua necesaria para producir estos «films» corresponde al contenido de humedad al cual el suelo deja de ser friable. Con un exceso de agua el «film» se vuelve tan grueso que la cohesión entre las partículas decrece y la masa de suelo se vuelve viscosa y fluye (Rucks et al, 2004). 4.4.1 Enlodamiento de los suelos Cuando los suelos mojados son sometidos a un esfuerzo, las partículas se orientan con una disminución en el volumen específico (efecto de plasticidad). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Bomfan y Rubin, citados por Rucks et al, introdujeron el término «enlodabilidad» para expresar la susceptibilidad de los suelos a enlodarse. El enlodamiento se define como la reducción en el volumen específico aparente de un suelo causado por las fuerzas perpendiculares asociadas con comprensión, y las fuerzas tangenciales que producen rotura por deslizamiento, que se ejercen sobre el suelo cuando se realiza un trabajo mecánico sobre él. Estos autores, desarrollaron ecuaciones para mostrar el cambio en volumen por unidad de trabajo dV/dW está relacionado con el espacio poroso lleno de aire. El efecto de ambas fuerzas (compresión y rotura por deslizamiento) en el enlodamiento de un suelo franco arcilloso limoso se muestran en la figura. Figura 26. Efectos de la compresión y rotura por deslizamiento, en el enlodamiento de un suelo arcilloso. (Bodman y Rubin,1948, citados por Rucks et al, 2004). Estos resultados permitieron a los autores demostrar que: a) Hay un aumento de la destrucción de los poros llenos de aire al aumentar el contenido de humedad del suelo. Cuando el contenido de humedad es de 27%, prácticamente igual a la humedad equivalente (capacidad de campo), muy pocos poros llenos de aire permanecen ante la aplicación de una fuerza de 1,5 kg/cm2. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades b) La compresión es la mayor fuerza responsable del enlodamiento dentro del rango de humedad usado. c) El efecto de la rotura por deslizamiento se hace más pronunciado a medida que aumenta el contenido de humedad. El enlodamiento, entonces, es un cambio estructural asociado con la consistencia del suelo. El máximo de enlodamiento ocurre en el rango mojado de la consistencia del suelo (Rucks et al, 2004). 4.5 Resistencia del Suelo al Esfuerzo Cortante La resistencia de un suelo a la cortadura es la resistencia máxima interna del suelo al movimiento de sus partículas, es decir la resistencia al deslizamiento de una partícula sobre otra. La resistencia a la cortadura «S» de un suelo es expresada en términos de cohesión «C» y de fricción por la ecuación de «Coulomb» S = C+n tan Donde: S: es la resistencia a la cortadura C: es la cohesión n: es el esfuerzo normal sobre un plano crítico tan : Es el coeficiente de fricción : es el ángulo de fricción interna del suelo La teoría de Charles Auguste de Coulomb (propuesta en 1773) establece que un material falla cuando el esfuerzo cortante en una dirección iguala la resistencia al cortante en la misma dirección, lo cual depende de la cohesión y la fricción interna entre los granos del suelo (Rivera, 1999). Los movimientos masales, están gobernados por la Ecuación de Esfuerzo o Resistencia al Cortante Tangencial. Para el estudio de la estabilidad de una ladera contra los movimientos masales, se requiere estimar la resistencia del suelo ante la acción de esfuerzos de cortante tangencial, la cual consiste en la modelación física del fenómeno del deslizamiento y que permite establecer la resistencia máxima del suelo al movimiento de sus partículas; es decir: la fuerza que se opone al deslizamiento o resbalamiento del suelo sobre si mismo, la cual es impartida por las fuerzas cohesivas entre partículas y por la resistencia friccional entre estas cuando son forzadas a deslizarse (Gray y Sotir, 1996; Suárez, 1998, citados por Rivera,1999). Consecuentemente, el esfuerzo cortante es importante en la capacidad de los fluidos (agua o viento) para causar erosión. La resistencia al cortante tangencial de los suelos tiene su efecto en el arranque de las partículas del suelo, erosión por UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades cárcavas y en las orillas de los ríos y movimientos masales (Lal,1990 citado por Rivera,1999). La presencia de raíces de plantas, mejora la resistencia del suelo al esfuerzo cortante puesto que confieren un grado de cohesión adicional. Así, la ecuación de Coulomb puede ser modificada agregando el factor de refuerzo C (Endo y Tsuruta,1969; O’loughlin, 1974; Swatson, 1974; Gray y Megahan, 1981; O’loughlin et al, 1982; citados por O’loughlin y Ziemer, 1982; Sidle, 1991), y de esta forma la ecuación original quedaría transformada en la siguiente expresión: S= (C + ∆C) + σ tan Ф Donde: S: Resistencia del suelo a esfuerzos de cortante tangencial. C: Cohesión del suelo C: Cohesión adicional dada por las raíces al suelo : Esfuerzo normal. tan : Coeficiente de fricción interna. : Ángulo de fricción interna. Lo anterior indica, que los deslizamientos en zonas de ladera, están muy influenciados además de la fuerza de gravedad, por la cohesión del suelo, la cual puede ser incrementada con el sistema radical de la vegetación multistrata; por el ángulo de fricción interna, el cual depende de la mineralogía del suelo; y de la regulación del contenido de humedad del mismo (Rivera, 1999). Figura 27. Efecto de las raíces en el amarre de suelos inestables. Autor: S. Gómez P. 2007 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 4.6 Resistencia a la Penetración La resistencia a la penetración es un buen índice pare evaluar problemas de restricción en el desarrollo radicular de las raíces de los cultivos, por la presencia de capes compactas y/o baja porosidad. La penetrabilidad del suelo permite conocer la facilidad con que un objeto puede ser introducido en el, es decir, la resistencia mecánica que ofrece el suelo a la expansión lateral y al corte que produce dicho objeto. Esa resistencia no es propiedad particular del material, sino que es la suma de los efectos de diferentes características y propiedades, tales como densidad aparente, contenido de humedad, resistencia a la penetración y al corte, las cuales a su vez, son consecuencia de la distribución del tamaño de partículas, de la estructura, y de la composición mineral y orgánica presentes en el suelo (Nacci & Pla Sentis, 1992). La compactación del suelo ocurre cuando se aplica presión o carga a la superficie del suelo, como resultado de pisoteo de animales y personas, la inadecuada utilización de equipos como tractores, especialmente cuando el suelo está húmedo (Bassuk & Whitlow, 1988 citados por Ramirez & Salazar, 2006). La compactación provoca cambios al alterar las propiedades físicas como porosidad y densidad aparente, con lo que a su vez se reduce la velocidad de infiltración de agua y la disponibilidad de aire para el crecimiento de las raíces. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 5: Clases Agrológicas del Suelo (Land Capability Classification) Cada tipo de suelo de acuerdo a sus características físicas, químicas, mineralógicas y de relieve, presenta ciertas restricciones de manejo que deben ser atendidas por medio de una cuidadosa planificación de uso a fin de conservar al máximo su capacidad productiva. La clasificación de suelos en base a su valor de aptitud agrícola más conocida y utilizada es la del “Soils Conservation Service”, del Departamento de Agricultura de Estados Unidos (1961). Mediante la clasificación agrológica del USDA (1961) Klingebiel y Montgomery utilizaron unos parámetros básicos con base a los cuales clasificar la aptitud de uso de cada suelo. Estos parámetros fueron unos de carácter intrínseco como profundidad del suelo, textura/estructura, permeabilidad, pedregosidad, otros que valoran la pérdida de productividad como la pendiente del terreno y grado de erosión y otros extrínsecos como la temperatura y pluviosidad. Posteriormente se han agregado otros parámetros como valores de materia orgánica, pH, grado de saturación, capacidad de intercambio cationico y aniones solubles. Se trata de un sistema que busca la producción máxima con mínimas pérdidas de potencialidad. En Colombia, el IGAC ha adaptado la clasificación inicial de Klingebiel y Montgomery de acuerdo a las características propias de los suelos en el país. La clasificación comprende 8 clases, en las que al aumentar el número y tipo de limitaciones, incrementan su valor numérico. Así, los suelos clase I no presentarán restricciones de uso, mientras que los suelo de clase VIII presentan la mayor limitación de uso. En general, las clase I a IV poseen aptitud agropecuaria, la clase V está limitada por factores diferentes al grado de pendiente, las Clases VI y VII tienen limitaciones severas por lo que se destinan a protección y la Clase VIII corresponde a suelos cuyo uso es meramente paisajístico y de recreación. Clase I: Son suelos planos o casi planos, con pendientes entre 0 y 3%, con muy pocas limitaciones de uso. Son apropiados para cultivos limpios. Son suelos mecanizables, sin procesos erosivos, profundos, bien drenados y fáciles de trabajar. Poseen buena capacidad de retención de humedad y buen contenido de nutrientes. Clase II: Suelos con pendientes suaves entre el 3 y 7%, por lo que requieren practicas moderadas de conservación. Tienen una tendencia moderada a la erosión hídrica y eólica, profundidad efectiva menor a la de un suelo ideal. Pueden o no tener, algún grado de impedimento como estructura desfavorable, contenido de sales o acidez moderada, fácilmente corregibles según el caso pero con probabilidad de que vuelvan a aparecer. Son terrenos potencialmente UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades inundables. Pueden tener drenaje moderadamente impedido pero fácil de corregir mediante obras simples. En estos suelos las prácticas de manejo recomendadas son: Siembras en contorno o a través de la pendiente Manejo de coberturas vivas y muertas Drenaje simple, Riego, adición de fertilizantes y enmiendas. Clase III: Suelos ondulados con pendientes entre el 7 y el 12 %. Son apropiados para cultivos permanentes, praderas, plantaciones forestales, ganadería extensiva. Están limitados por una alta susceptibilidad a la erosión, inundaciones frecuentes, baja fertilidad natural, poca profundidad efectiva, baja capacidad de retención de agua, moderada salinidad o alcalinidad. Las prácticas de manejo recomendadas incluyen: Rotación de cultivos Cultivos en franjas y al través Barreras vivas Zanjas de desvío , zanjas de drenaje, filtros Métodos intensivos de riego Aplicación de fertilizantes y enmiendas Clase IV: Son suelos con pendientes muy pronunciadas entre 12 y 20% por lo que los cultivos que pueden desarrollarse allí son muy limitados. Presentan susceptibilidad severa a la erosión y procesos erosivos fuertes como surcos, cárcavas, solifluxión y remociones en masa. Son suelos superficiales con poca profundidad efectiva, baja retención de humedad, muy baja fertilidad natural, drenaje impedido, texturas pesadas con problemas de sobresaturación aun después del drenaje, salinidad, alcalinidad o acidez severas y moderados efectos adversos de clima. En zonas húmedas pueden cultivarse en ciclos largos de rotación, mientras que en zonas semiáridas solo son propicios para pastos. Su uso más adecuado es para plantaciones forestales. Clase V: Son suelos que tienen limitaciones diferentes a la pendiente y los procesos erosivos. Son suelos casi planos cuyas limitantes suelen ser alta pedregocidad o rocosidad, zonas cóncavas inundables, drenaje impedido, alta UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades salinidad o contenidos altos de otros elementos como Al, Fe, S que resultan tóxicos para las plantas, o severos condicionamientos climáticos. Por lo general se limitan a se utilizados para pastoreo extensivo, producción forestal, conservación, paisajismo y recreación. Clase VI: Son suelos muy pendientes adecuados para soportar una vegetación permanente. Son suelos que deben permanecer bajo bosque bien sea natural o plantado. No son adecuados para ningún tipo de cultivo a causa de procesos erosivos severos y muy poca profundidad efectiva. Las pendientes suelen ser mayores del 25%. La explotación ganadera debe hacerse de forma extensiva muy controlada, bajo sistemas silvopastoriles y en ocasiones es necesario dejar los terrenos desocupados por largos periodos de tiempo para su recuperación. En estos suelos son necesarias prácticas de recuperación de suelos como terrazas, terrazas de inundación, acequias de ladera, filtros y drenajes en espina de pescado, trinchos y vegetación permanente. Clase VII: Son suelos con pendientes mayores del 25% y restricciones muy fuertes por pedregosidad, rocosidad, baja fertilidad, suelos muy superficiales, erosión severa y limitantes químicas como pH fuertemente ácido. Son áreas de protección que deben permanecer cubiertas por vegetación densa de bosque. Su principal uso es la protección de suelos, aguas, flora y fauna. Solo son aptos para mantener coberturas arbóreas permanentes. Clase VIII: Son tierras no aptas para ningún uso agropecuario. Tienen restricciones fuertes de clima, pedregosidad, textura y estructura del suelo, salinidad o acidez extrema, drenaje totalmente impedido. A esta clase pertenecen los páramos, nevados, desiertos, playas, pantanos, paisajes de estoraques, que solo pueden ser utilizados con fines paisajísticos, recreacionales y de conservación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 2: BIOLOGIA DEL SUELO Es necesario reconocer que todos los seres son interdependientes y que toda forma de vida independientemente de su utilidad, tiene valor para los seres humanos. Primer principio- Carta de la Tierra INTRODUCCIÓN La teoría Gaia postula que las condiciones de la Tierra han sido modificadas y han surgido por efecto de la propia vida. Antes de ser formulada, se aceptaba que la Tierra habría evolucionado independientemente de la presencia de los seres vivos, y estos se habrían ido adaptando a esas condiciones cambiantes. Gaia propone que una vez dadas las condiciones para que surgiera la vida en la Tierra, la propia comunidad de seres vivos ha sido la principal responsable de los cambios operados en el planeta. Así, fueron los procesos metabólicos de fotosíntesis y respiración de las primeras células, los responsables de la formación de la atmosfera primitiva que hizo posible la evolución. Gaia propone que vida y medio ambiente interaccionan, comportándose como un todo, diluyendo las diferencias entre materia orgánica e inorgánica, configurando un sistema en el que una y otra se nutren mutuamente. Lynn Margulis expone que la química de la atmósfera y la salinidad de los océanos, no son fortuitas, están relacionadas con la respiración de trillones de microorganismos que la modifican. Por otro lado, la acción de la materia orgánica con sus trasformaciones y reutilizaciones y la intervención de los microorganismos en los ciclos biogeoquímicos, han venido modificando la Tierra haciéndola un lugar acogedor para la perpetuación de la vida. Lección 6: Ingenieros del suelo Se denomina “Ingenieros del Suelo” a aquellos organismos que producen estructuras físicas con las cuales modifican la disponibilidad o accesibilidad de recursos para otros organismos. Su actividad y producción de estructuras biogénicas pueden modificar la abundancia o la estructura de otras comunidades de organismos. (Jones et al., 1994, 1997). Se consideran como Ingenieros de fenotipo extendido, aquellos que modifican el suelo para su propio beneficio como las hormigas y las termitas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades De otra parte, los Ingenieros accidentales, transforman el suelo pero no se benefician directamente de ello. Es el caso de las lombrices. La mesofauna cumple un papel fundamental en la bioformación de suelo. Son estos organismos los encargados de labrar el suelo y fraccionar los desechos vegetales y animales para que posteriormente los microorganismos puedan descomponerlos y mineralizarlos convirtiéndolos en materia orgánica estable o humus. Figura 28. Ingenieros del suelo Fuente: IGAC. Suelos de Colombia. De acuerdo con sus hábitos de vida y alimentación, estos organismos se clasifican en tres grupos y cumplen funciones diferentes en la pedogénesis: 1. Organismos Anésicos: Viven en el suelo pero se alimentan en la superficie. Desintegran el material orgánico. 2. Organismos Epigéicos: Viven y se alimentan en la superficie del suelo. No labran el suelo pero desintegran hojarasca. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 3. Organismos Endogéicos: Viven en el suelo y se alimentan en el suelo, de modo que ingieren también minerales. Sus deyecciones son por lo tanto un compuesto órgano mineral. La meso fauna ingiere material orgánico puro y ha desarrollado una relación de mutualismo externo con la microbiota del suelo que se comporta como un “rumen externo”, degradando los desechos hasta sus componentes moleculares más simples. Autor: Lavelle, 1997. Las deyecciones de las lombrices tienen una densidad aparente de 1,4 gr/cc mientras que las deyecciones de termitas tienen una densidad aparente de 0,4 a 0,7 gr/cc. Ambas, poseen un contenido de Carbono Orgánico entre 3 y 4%. Estos datos nos dan una idea de cómo pueden modificar las propiedades físicas y químicas del suelo. La acción de los ingenieros del suelo se ve reflejada en: Incremento de las actividades microbiales Liberación de nutrientes como amonio y nitrato Enriquecimiento en partículas finas y materia orgánica Enriquecimiento en cationes intercambiables Ca, Mg, K y Na Estructuras biogénicas: Pueden constituir parches en terrenos con mayor disponibilidad de nutrientes para las plantas UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Las Lombrices pueden clasificarse en dos grupos, las especies compactantes que producen turrículos compactos de gran tamaño y las especies descompactantes que producen turrículos pequeños. Entre ambas existe un equilibrio dinámico pues las descompactantes pueden alimentarse de las deyecciones que dejan las especies compactantes, no así de sus propias deyecciones. La mesofauna y su rumen externo intervienen de forma directa en los ciclos biogeoquímicos pues estimulan la mineralización de nitrógeno y la liberación de amonio, que posteriormente puede ser nitrificado. Las lombrices provocan cambios rápidos como la liberación de nutrientes, pero también provocan un efecto de volteo del suelo entre perfiles que puede darse al termino de años y décadas y que comporta un verdadero proceso pedogénico. Figura 29. Efectos de las lombrices en los procesos pedogenéticos (Lavelle,1997 citado por Jiménez et al, 2004). Las estructuras particulares producidas por las lombrices y otros invertebrados como deyecciones, turrículos, nidos, montículos, túneles, cámaras, macroporos, denominadas estructuras biogénicas, causan efectos en la diversidad y la abundancia de otras comunidades de organismos menos móviles (hipótesis de la biodiversidad anidada de Lavelle, (1996)) Además, representan sitios en donde ocurren procesos pedológicos como la formación de estructura del suelo, mineralización de la materia orgánica, estimulación de la actividad microbiana y de la actividad enzimática del suelo e intercambio de gases y agua en el suelo (Jimenez, Decaëns, Thomas, & Lavelle, 2003). “Numerosos estudios demuestran que los disturbios provocados al suelo alteran las poblaciones de meso invertebrados y la pérdida de la diversidad de comunidades de lombrices causa a su vez alteración en el funcionamiento de los ecosistemas”. En América del sur, la conversión de la Selva Amazónica en Pastizales, conduce a la eliminación de las especies nativas en beneficio de otra especie alóctona. La actividad intensa de ésta última unida a la ausencia de la biodiversidad original, UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades provoca la degradación del ecosistema (Barros et al.1998, Blanchart et al.1999; Chauvel et al.1999;Duboissete 1995, citados por Jimenez, 2004). Lección 7: Materia orgánica el Suelo (MOS) y capacidad de Resiliencia del suelo Se considera como materia orgánica a todo material producto de los desechos de organismos vivos así como los propios organismos una vez mueren. Representa todos los constituyentes orgánicos del suelo, incluyendo plantas sin degradar y tejidos animales, sus productos de descomposición parcial, y la biomasa del suelo. Por lo tanto, también hacen parte de ella: 1. Moléculas orgánicas identificables de alto peso molecular tales como polisacáridos y proteínas. 2. Sustancias más simples tales como azucares, aminoácidos, y otras moléculas pequeñas, producto de la descomposición de moléculas complejas. 3. Sustancias húmicas Figura 30. Fracciones constituyentes de la Materia orgánica del Suelo Autor: Sánchez de Prager, 2006. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El tipo de materiales orgánicos presentes en un suelo y los porcentajes de cada fracción respecto al total de materia orgánica, dependen de varios factores como el clima, el tipo de cobertura vegetal y la microbiota presente. Figura 31. El Humus del suelo: origen, tipos y acción sobre los suelos Tomado de: Suelos de Colombia. IGAC, 1995. La materia orgánica fresca sufre numerosas transformaciones una vez llega al suelo, por ello, en el suelo siempre coexisten diferentes estados. Cada uno de ellos confiere propiedades distintas al suelo. La figura 32, muestra la manera en que sucede el proceso de transformación de la MOS. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 32. Esquema simplificado de la transformación de la Materia Orgánica del Suelo Tomado de: Sánchez de Prager, 2006. 7.1 Fracciones de la Materia Orgánica del Suelo En la mayoría de los suelos la MOS es el principal agente en la formación y estabilización de agregados. La incorporación de la materia orgánica a los agregados del suelo la protege de la descomposición rápida, determinando su estabilidad en el suelo (Golchin et al., 1994 citado por Zagal & Córdova, 2005). Por el contrario, los suelos cultivados al tener una mejor aireación, promueven la actividad de los microorganismos y se acelera la descomposición. Las prácticas de manejo, como la labranza, la rotación de cultivos, la aplicación de fertilizantes, y el manejo de los residuos, influyen en las transformaciones de la MOS, puesto que determinan la cantidad y calidad de los residuos que entran al suelo, su distribución en la superficie, y el destino de estos aportes, ya sea sobre o bajo el suelo (Christensen, 1996, citado por Zagal et al , 2005). En los suelos cultivados el contenido de materia orgánica total cambia lentamente a través del tiempo. El ciclaje de todos sus componentes puede tardar desde décadas a siglos (Biederbeck et al., 1994), dependiendo de clima, del uso y manejo del suelo. Sin embargo, la tasa de recambio de los diferentes componentes de la MOS varía continuamente (Christensen, 1996; Graham et al., 2002 citados por Zagal et al ,2005). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Materia Orgánica Fresca: Consiste en los restos vegetales y animales que aunque con algún grado de descomposición, son fácilmente diferenciables a simple vista. Hacen parte de ella la hojarasca fresca, seca y levemente descompuesta, estiércol y animales en descomposición. La hojarasca y el mantillo cumplen varias funciones en la protección del suelo: Actúan como cubierta evitando la erosión por salpique Regulan la temperatura del suelo Mantienen la humedad del suelo por mas tiempo en épocas de verano Evitan la escorrentía Materia Orgánica Lábil: Corresponde a las fracciones activas, es decir a aquellos componentes que contribuyen a una rápida liberación de nutrientes y que son afectados directamente por el manejo agronómico. Pertenecen a éste grupo las proteínas, los azúcares, los aminoácidos. Todos compuestos que fácilmente pueden liberar a la solución del suelo N y P disponibles de forma inmediata para las plantas. La Biomasa bacteriana también hace parte de la fracción lábil. Corresponde a la masa de organismos que habita en el suelo, cuya proporción respecto de la MOS asciende del 1 a 5%. Los microorganismos son quienes finalmente degradan los compuestos orgánicos de moléculas complejas a moléculas simples y iones con la consecuente liberación de CO2. Las colonias de hongos y bacterias, sus exudados y lisis de sus células contribuyen a la agregación de macropartículas de suelo a nivel de Ultraestructura. Materia Orgánica Estable: También denominada Materia orgánica pasiva. Es aquella de menor reacción en el suelo y corresponded a las fracciones húmicas propiamente dichas. El humus, está asociado a productos de muy diversa composición y evolución, resultantes de síntesis biológica o maduración climática y con características coloidales. Su acción en el suelo influye sobre la estabilidad estructural, la fertilidad y disponibilidad de nutrientes, el intercambio iónico y la dinámica de los elementos (Malagón, Pulido, Llinas, & Chamorro, 1995). La materia orgánica mineralizada se constituye en la reserva de nutrientes del suelo. Se distinguen cinco tipos de compuestos húmicos, dependiendo de su solubilidad en ácido o en álcali. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 33. Fraccionamiento de los compuestos húmicos del suelo Ácidos Fúlvicos: Representan la fracción de humus extraíble por álcali, que no precipita por ácidos y que tiene color amarillento rojo. Generalmente son compuestos fenólicos de peso molecular bajo. Son la fracción más soluble de la materia orgánica y de más rápida disponibilidad de nutrientes para las plantas. Son causantes de la degradación del suelo ya que no poseen acción cementante, son muy móviles y facilitan la traslocación de elementos como Fe y Al que dan estabilidad a la estructura del suelo mediante la formación de silicatos. Ácidos Húmicos: Son la fracción insoluble extraíble por álcali y precipitan con la adición de ácido. Son polímeros de alto peso molecular que forman coloides esferoidales. Su capacidad de intercambio cationico se debe a la presencia de la función ácido orgánico (-COOH) y de la función hidroxilo(-OH). Se presentan como sólidos amorfos de color marrón oscuro, generalmente insolubles en agua y en casi todos los disolventes no polares, pero fácilmente dispersables en las soluciones acuosas de los hidróxidos y sales básicas de los metales alcalinos, constituyendo un hidrosol que puede experimentar floculación mediante el tratamiento de los ácidos o los demás cationes. Dentro de los ácidos húmicos, se pueden distinguir el ácido himatomelánico, que es la parte del ácido húmico soluble en alcohol (también llamado ácido úlmico), los ácidos húmicos pardos, que no precipitan en presencia de sales como el cloruro sódico y los ácidos húmicos grises, que precipitan en presencia de sales. Al contrario de las ácidos Fúlvicos, ejercen una acción cementante y forman mas relaciones con las arcillas 2:1, por lo que ayudan a conservar la estructura del suelo. Huminas: Son la fracción más estable e insoluble. Constituyen un grupo de sustancias relativamente diferentes entre sí, cuyo origen puede tener lugar mediante la vía de herencia o la de neoformación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Las huminas heredadas se hallan retenidas en los agregados de la fracción pesada del suelo mediante uniones que no se rompen por medio de la agitación mecánica común pero si por la de los ultrasonidos. Es mayoritaria en aquellos suelos que tienen una vegetación de difícil biodegradación y se encuentra débilmente ligada a la fracción arcilla de los suelos mediante una serie de enlaces lábiles. Entre las huminas de neoformación se encuentran las huminas de insolubilización extraíbles, de naturaleza comparable a la de los ácidos húmicos y fúlvicos, pero irreversiblemente ligadas a la fracción mineral por medio de enlaces que solo pueden ser destruidos en el laboratorio por medio de agentes químicos que rompen la unión con los silicatos 7.2 Materia orgánica del Suelo y Capacidad de Resiliencia del suelo La MOS tiene efecto en la calidad física, química y biológica del suelo y por lo tanto es de gran relevancia para la sostenibilidad de los rendimientos de cultivos y pasturas. Además funciona como un agente amortiguador, permitiendo que el sistema suelo pueda permanecer más o menos estable frente a diferentes tipos de disturbios, sean de origen físico o químico: El color oscuro confiere al suelo la capacidad de retener el calor Los compuestos húmicos contienen grupos funcionales ácidos, por lo que intervienen en las reacciones de intercambio cationico; así pues, la presencia de humus aumenta la capacidad de intercambio cationico de un suelo o de un sustrato. Interaccionan con las arcillas del suelo y estabilizan los agregados previniendo la erosión. La MOS puede retener hasta 20 veces su peso en agua. De ésta manera contribuye notablemente a la capacidad de retención de humedad del suelo. Al producir la cementación entre las partículas del suelo, contribuye no solo a estabilizar los agregados sino también a mejorar la porosidad y aireación del suelo, mejora el intercambio gaseoso del suelo e incrementa la permeabilidad. En cuanto a la fertilidad del suelo, juegan un papel importante en la disponibilidad de micronutrientes para las plantas, puesto que forman complejos órgano - minerales (quelatos) con los metales como el hierro, manganeso, cinc y cobre, contribuyendo además a mejorar la absorción por las plantas del fósforo, nitrógeno, potasio, calcio y magnesio. Posee capacidad amortiguadora del pH (capacidad tampón) de manera que ayuda a mantener estable la reacción del suelo. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En el proceso de mineralización se producen y liberan compuestos como CO2, NH4, NO3, PO4 y SO4, que son tomados por las plantas. Tiene función secuestrante de moléculas tóxicas como los pesticidas, metales pesados y elementos menores tóxicos, por lo tanto las fracciones húmicas juegan un rol fundamental en la detoxificación del suelo. Estimulan la actividad de la microbiota del suelo y la liberación de exudados y compuestos que estimulan el crecimiento de las plantas La microbiota benéfica del suelo actúa en la ‘supresividad’ del suelo de Patógenos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 8: Ultraestructura del suelo 8.1 Modelos de Auto organización En los 50´s el descubrimiento del ADN hace retroceder a la ciencia hacia el modelo mecanicista bajo la premisa de que todas las funciones biológicas podrían ser explicadas en términos de estructuras moleculares. Hoy, aunque se conoce mucho de los genes se sabe muy poco acerca de la forma en que cooperan, se comunican y hacen posible el desarrollo de los organismos. El 95% del ADN es empleado en funciones integradoras que se desconocen. En los 70´s las teorías de Bertalanffy y Bogdanov a cerca de los sistemas vivos como sistemas abiertos hacia el exterior al intercambio de materia y energía y cerrados al interior de sus interacciones, las cuales presentan patrones característicos de organización que hacen posible la homeostasis, fueron fuertemente criticadas al no poder ser demostradas a través de modelos matemáticos lineales. Años más tarde con el desarrollo de modelos matemáticos no lineales y computadoras, fue posible demostrar su aplicación y se comienza a trabajar sobre el concepto de Patrones. Se entiende por patrón de organización, una configuración de relaciones características de un determinado sistema. Las propiedades del sistema emergen de esa configuración ordenada y una vez que el patrón se desintegra, cesa la vida. Hay un patrón de organización común a todos los seres vivos en forma de red, al cual responden partes del organismo, organismos y comunidades de organismos. Los sistemas auto organizados son sistemas abiertos operando lejos del equilibrio, atravesados constantemente por flujos de materia y energía. Los componentes del sistema interactúan de manera no lineal originando bucles de retroalimentación y además, poseen estructuras disipativas que les permiten mantener sus procesos vitales bajo condiciones de no – equilibrio. Cuando los flujos de materia y energía aumentan creando grandes inestabilidades en el sistema que son amplificadas por los bucles de retroalimentación, el sistema llega a un punto crítico, absorbe energía y la integra en su propia estructura dando origen a la emergencia de nuevos comportamientos y estructuras más complejas, es decir, un nuevo estado de orden. Manfred Eigen propuso que el origen de la vida pudo ser el resultado de un proceso de organización progresivo de sistemas químicos alejados del equilibrio que involucraron hiperciclos catalíticos en donde las enzimas producidas en un ciclo actúan como catalizadores en el ciclo siguiente. Los hiperciclos son capaces de auto reproducirse exactamente y de corregir errores de reproducción de manera que pueden conservar y transmitir información compleja. Sin embargo los ciclos catalíticos por si solos no pueden considerarse sistemas vivos a menos que estén limitados por un perímetro dentro del cual se lleven a cabo. Humberto Maturana y Francisco Varela a partir de sus estudios en neurología, plantean que los seres vivos son sistemas autopoiesicos, es decir, que poseen un UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades patrón general de organización en un proceso causal circular cerrado que permite la evolución de los componentes interactuando entre sí, produciendo, transformando y manteniendo otros componentes al interior del sistema sin que la circularidad global de la red se pierda y en donde la organización de los componentes del sistema se manifiesta como una estructura física especifica que diferencia a cada organismo. El sistema permanece vivo solamente mientras se encuentre en estado de autopoiesis. Los seres vivos son redes de producciones moleculares en las que las moléculas producidas generan con sus interacciones la misma red que las produce. James Lavelock, da vida a la Hipótesis Gaia, en donde la tierra es un todo que actúa como un sistema vivo auto organizador, alejado del equilibrio, en donde la capacidad principal de los bucles de retroalimentación es la de vincular sistemas vivos y no vivos. La atmósfera es un sistema alejado del equilibrio químico, atravesado por flujos de materia y energía que son reaprovisionados constantemente por la vida terrestre y que es capaz de auto regularse y mantener una temperatura adecuada para la permanencia de la vida. 8.2 Ultraestructura: Un atributo emergente del Sistema Suelo A nivel micro, el suelo se estructura integrando cavidades, partículas minerales y orgánicas con tamaños entre 0.05 y 0.1 µm y a veces menores, que junto con las células (bacterianas y de las raíces de las plantas), microorganismos, excreciones y exudados conforman redes dentro de un sistema de donde emergen propiedades importantes como la estructura, drenaje, reservas de materia orgánica y metabolismo del suelo así como el desarrollo de las plantas. El tamaño de los componentes del sistema a nivel de ultra estructura es tan pequeño que para poder ser observado por microscopía electrónica y otras técnicas especiales, es necesario fijar las partículas de los montajes con metales pesados a fin de incrementar su electro densidad. Aún así, es necesario asumir que no todos los componentes a nivel de ultra estructura pueden ser observados con las herramientas disponibles. Los carbohidratos por ejemplo, no pueden ser teñidos y se observan como espacios transparentes dentro de minerales más densos. Las cavidades se forman a partir de fragmentos de cuarzo y micas, los cuales en su parte más ancha miden 0.01 µm . Esta partículas son recubiertas por arcillas y por efecto de la humedad se pulen y adelgazan dejando túneles que generalmente se llenan de agua. La materia orgánica que logra penetrar en ellos es encapsulada por capas de arcillas quedando así protegida del metabolismo bacteriano. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 34. Microfotografía de suelo Autores: Galvis, Amézquita, & Madero (2007). La materia orgánica se encuentra en diversas formas y puede ser observada una vez se fija con metales pesados como osmio y uranio. Entre los grupos orgánicos pueden observarse polisacáridos amorfos, carbohidratos, materiales húmicos globulares y amorfos de entre 5 y 10 µm y fibras de residuos de lignina provenientes de paredes celulares secundarias de 10 nm de longitud. Figura 35. Componentes biológicos de la estructura de un suelo no disturbado por labranza Autores: Galvis, Amézquita, & Madero, (2007) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En condiciones húmedas, donde la actividad microbiana es lenta, los residuos vegetales se van acumulando en capas intercaladas con capas de arcilla y de bacterias. Algunas de esas bacterias quedan encapsuladas por cutanes y sus contenidos celulares totalmente preservados. Esto es a lo que se denomina “Colonias fantasma”. Cuando se produce la lisis de esas células, éstas proveen nutrientes a otros microorganismos. Los carbohidratos granulares y fibrosos derivados de éstas colonias confieren estabilidad y otras propiedades importantes al suelo. A nivel de raíz es necesario analizar sus diferentes partes, pues cada una de ellas tiene una función específica tanto en la conformación de la ultra estructura como en la interface suelo- raíz. La cofia es una masa de tejido que se encarga de proteger el meristemo apical de la raíz. Posee células ricas en almidón a partir del cual se produce un gel que permite a las raíces deslizarse y penetrar en el suelo. Además, las partículas de almidón hacen posible la respuesta de geotropismo positivo del crecimiento de la raíz. Las células, embebidas permanentemente en éste gel, se hinchan y se desprenden de la raíz. El almidón que contienen les sirve de reserva y pueden sobrevivir hasta por tres semanas, durante las cuales siguen produciendo gel que ayuda a estructurar el suelo. Una vez que colapsan sirven de sustrato a colonias bacterianas. El tejido detrás de la cofia se denomina epidermis joven, el cual tiene una actividad de división y alargamiento celular muy alta. La pared celular de las células epidermales está constituida por pectina y hemicelulosa y el gel es limitado por una membrana de tres capas correspondiente a la cutícula. La raíz induce a la formación de gel cuando se encuentra en alguna situación de estrés hídrico que pueda llevarla a la muerte celular. Los pelos radiculares se originan dentro de la pared secundaria, penetran los mucílagos de la pared primaria y finalmente emergen a la rizósfera. También poseen una pared primaria mucilaginosa encapsulada en una cutícula. Las lectinas involucradas en el reconocimiento de las simbiosis leguminosa – Rhizobium, actinomicetos fijadores de nitrógeno y micorrizas son secretadas por los pelos radiculares. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 36. Rizósfera Autor: (Raina Maier et al, 2000) En suelos pobres en hierro y manganeso, las raíces secretan citrato a fin de poder disolver y quelatar éstos minerales y dejarlos disponibles para la absorción. En algunas especies vegetales como el girasol, la deficiencia de hierro induce a la diferenciación de células externas de la epidermis en células de transferencia, en donde se modifica su capa externa generando una mayor superficie de contacto. A medida que la raíz penetra en el suelo, las partículas minerales desgarran la cutícula y así el mucílago comienza a fluir hacia el suelo, imbibiendo partículas sólidas y colonias de microorganismos, formando una mezcla íntima de compuestos minerales y biológicos. El desprendimiento de mucílago, ácidos orgánicos y células de la raíz induce rápidamente a la actividad microbiana. La mayoría de microorganismos de encuentran en los primeros 50 µm de la superficie de la raíz y solamente se establecen en las zonas con mucílago o en donde hay lesiones que permiten la lisis celular y por consiguiente su desarrollo. A su vez, los microorganismos íntimamente ligados al mucílago de la raíz, producen excreciones que son estructural y bioquímicamente diferentes a éste. A éste complejo mucílago – microorganismos – excreciones, se le denomina mucigel, puesto que es imposible diferenciarlos unos de otros. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En el rizo plano también se establecen junto con microorganismos, macro y meso organismos, formando entre todos, ecosistemas supresivos de bacterias, a la vez que estimulan el ciclaje de nitrógeno y fósforo y por ende el crecimiento de las plantas. La endorizósfera está constituida por los espacios inter celulares del cortex de la raíz en donde se desarrollan colonias de microorganismos como bacterias y micorrizas. Las bacterias generalmente viven de la lisis de las células del mucílago intercelular de manera que no causan ningún daño al hospedero. La lisis de las células corticales es regulada genéticamente por la planta. Las micorrizas, ayudan a prolongar la vida de las células corticales por varias semanas. En la endorizósfera por lo tanto pueden vivir microorganismos inocuos a la planta, microorganismos benéficos que hacen simbiosis con la raíz y microorganismos patógenos que causan la lisis de las células corticales y propician la aparición de colonias de saprofitos y patógenos. Si entendemos que la vida obedece a un sistema con un patrón organizado que configura las relaciones que dan origen a sus propiedades emergentes podremos entonces acercarnos a la comprensión de la complejidad del “sistema suelo planta”. Así, podemos con certeza caracterizar dicho sistema como un sistema vivo, puesto que cumple con todos los requisitos: a. Es un sistema auto organizado, que permanece estable y alejado del equilibrio. Su capacidad de auto organización es la capacidad de resiliencia producto de sus propiedades físicas, químicas y biológicas. b. Cuenta con estructuras disipativas que le permiten mantener su homeostasis tales como la formación de carbonatos en el ciclo de fijación de carbono, la interacción de la materia orgánica y su biota en la amortiguación del pH y la quelación de elementos metales por parte de los ácidos orgánicos tanto de la materia orgánica como del mucigel que precipitan y detoxifican el suelo. c. Crea bucles de retroalimentación como la dinámica de la mineralización de la materia orgánica. Cada una de sus fracciones o estados de oxidación y su macro y microbiota asociada, son a la vez nuevas estructuras del sistema que se recrean a través de hiperciclos y estructuras disipativas por cuanto la materia orgánica actúa quelatando y precipitando elementos tóxicos, regula el pH y la C.E del suelo, retiene humedad, incrementa la C.I.C, mantiene la estructura del suelo y crea micro sitios favorables para los microorganismos y el crecimiento de las raíces. d. El sistema es abierto al flujo de materia y energía, atravesado permanentemente por energía calórica proveniente del sol y del metabolismo de macro y micro fauna, por energía química, producto de las reacciones químicas del metabolismo del suelo, por energía eléctrica, UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades producto del intercambio de cargas a nivel de la fase cambiable del suelo y por materia en todos sus estados (sólida, líquida y gaseosa); y es cerrado a su interior dentro de los límites que le impone su propia capacidad de resiliencia. Una vez se agota la capacidad de Resiliencia, todo el sistema cambia de orden y emerge a un nuevo estado. Si el disturbio es demasiado fuerte, entonces veremos la muerte del suelo. e. Según el patrón especifico de organización del suelo se comportarán todas las partes de los organismos, los organismos mismos y las comunidades de organismos que viven en él. Las plantas y microorganismos están adaptados a condiciones ambientales específicas. Por ejemplo, en un suelo que ha llegado a un punto crítico de salinidad, las células y los organismos conformados por ellas pueden colapsarse (plantas y microorganismos no tolerantes), habrá un cambio de orden en donde nuevas comunidades de plantas y su biota asociada aparecen, células y plantas que pueden dar un salto evolutivo y adaptarse o perderse para siempre la productividad del sistema. En cualquiera de los casos, el sistema habrá absorbido el flujo de materia y energía, lo habrá incorporado a él y habrá cambiado de estado. f. Hay hiperciclos que actúan dentro de perímetros limitados, conformando sistemas de redes dentro de redes, a través de bucles de retroalimentación que vinculan elementos vivos (organismos del suelo – plantas- animales) y no vivos ( suelo- agua). Los microorganismos y las raíces de las plantas generan enzimas y ácidos orgánicos, que actúan en ciclos catalíticos y metabólicos que alteran materiales minerales y orgánicos generando productos que a su vez alimentarán nuevos ciclos. A través de las diferentes rutas respiratorias generarán oxígeno y dióxido de carbono, regulando de esa manera los ciclos del carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, hidrológico y térmico de todo el sistema tierra. Estos hiperciclos tienen límites a diferentes niveles como son los límites físicos del suelo que comienzan en la ultra estructura y terminan en lo que vemos como corteza terrestre, las membranas celulares, órganos, organismos y finalmente la atmósfera terrestre, límite del gran sistema Gaia. g. A través de la integración de bucles de retroalimentación interactúan cavidades, partículas minerales y orgánicas, células (bacterianas y de las raíces de las plantas), microorganismos, excreciones y exudados y sus derivados como carbohidratos granulares y fibrosos, materiales orgánicos globulares y amorfos que conforman redes dentro de un sistema de donde emergen propiedades importantes como la estructura, drenaje, reservas de UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades materia orgánica y metabolismo del suelo y por tanto, las condiciones necesarias para la vida de comunidades de plantas y animales. h. Las raíces de las plantas y cada una de sus partes interactúan de manera diferente con el suelo generando condiciones específicas que influyen en la ultra estructura del suelo y a través del bucle interfase raíz – suelo en todo el sistema. El suelo es un sistema vivo y Gaia permanecerá en el estado de orden que conocemos durante tanto tiempo como sus estructuras disipativas sean capaces de mantener la homeostasis de un sistema que cada día se aleja más del equilibrio a causa de la ignorancia del hombre. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 9. Ciclo del Carbono y MOS El ciclo del carbono es uno de los más importantes a nivel de detoxificación del ambiente. La formación y precipitación de carbonatos de calcio y magnesio permite limpiar la atmosfera de grandes cantidades de CO2, por lo tanto, contribuye a amortiguar el cambio climático. Estos precipitados forman a su vez las rocas calizas, y en los océanos se fija además en forma de coral. El ciclo del carbono junto con el ciclo de la materia orgánica (MOS), es responsable de la sostenibilidad de los ecosistemas y la productividad de los suelos agrícolas. En el ciclo biológico, las plantas verdes toman CO2 atmosférico y lo incorporan a los carbohidratos (CHOs) que sintetizan mediante el proceso de fotosíntesis. Parte de estos carbohidratos son metabolizados en el proceso de respiración para obtener energía (ATP), devolviendo carbono al medio circundante que vuelve a circular una y otra vez en ciclos sucesivos. Otra parte de esos carbohidratos son transferidos a los animales y demás heterótrofos, que también liberan CO2 al respirar. En el ciclo biogeoquímico, se transfiere Carbono entre la atmósfera y la litósfera. El CO2 se disuelve en agua formando ácido carbónico, capaz de atacar los silicatos que constituyen las rocas y dando como resultado la formación de bicarbonato. Los iones de bicarbonato van a dar a los ríos y mares, son asimilados por los animales que a su muerte lo devuelven a los sedimentos marinos. El C pasa nuevamente de la litósfera a la atmósfera mediante las erupciones volcánicas. Cuando tras estas, la materia orgánica queda sepultada en un ambiente anòxico, se fermenta y el C queda atrapado en forma de carbón, petróleo y gas natural. El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los compuestos orgánicos de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al ambiente. A todo lo anterior debe sumarse la enorme cantidad de CO 2 que llega a la atmósfera como producto de la actividad volcánica, la erosión de las rocas carbonatadas y, sobre todo, la quema de combustibles fósiles por el hombre. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 37. Ciclo biogeoquímico del Carbono La figura 38 ilustra el ciclaje de Carbono entre la atmosfera y la litosfera indicando las cantidades que se mueven en cada flujo, expresadas en Gigatoneladas. Figura 38. Flujos de carbono. En negro: cantidad de carbono en los reservorios En azul: cantidad de carbono que se mueve entre reservorios cada año Tomado de: Captura de carbono en los suelos. Exposic: Oscar Ferreira Catrileo. Biología del Suelo 2006. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En condiciones naturales, el C orgánico del suelo resulta del balance entre la incorporación al suelo del material orgánico fresco y la salida de C del suelo en forma de CO2 a la atmósfera, erosión y lixiviación. Cuando los suelos tienen condiciones aeróbicas, una parte importante del carbono que ingresa al suelo (55 Pg C año-1 a nivel global) es lábil y se mineraliza rápidamente y una pequeña fracción se acumula como humus estable (0,4 Pg C año-1). El CO2 emitido desde el suelo a la atmósfera no solo se produce por la mineralización de la MOS donde participa la fauna edáfica (organismos detritívoros) y los microorganismos del suelo, sino también se genera por el metabolismo de las raíces de las plantas (Martínez et al, 2008). El carbono orgánico del suelo se relaciona con la sustentabilidad de los sistemas agrícolas afectando las propiedades del suelo relacionadas con el rendimiento de los cultivos, en especial al afectar el aporte de N. Además al afectar el pH hacia valores cercanos a la neutralidad, aumenta la solubilidad de varios nutrientes. El Carbono orgánico vinculado a la materia orgánica del suelo, proporciona coloides de alta capacidad de intercambio catiónico. Su efecto en las propiedades físicas se manifiesta mediante la modificación de la estructura y la distribución del espacio poroso del suelo. La cantidad de COS no solo depende de las condiciones ambientales locales, sino que es afectada fuertemente por el manejo del suelo (Martinez, Fuentes, & Acevedo, 2008). Los suelos contienen más C que la suma existente en la vegetación y en la atmósfera (Swift, 2001). Los suelos que acumulan la mayor cantidad de Carbono orgánico corresponden al orden Histosol aun cuando este orden es el que tiene la menor superficie con respecto a los demás (Martinez et al, 2008). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 4.Carbono orgánico en los suelos del mundo (Modificado de Eswaran et al, 2003 por Martínez et al, 2008) *Pg = 1015 g. Se estima que desde que se incorporan nuevos suelos a la agricultura hasta establecer sistemas intensivos de cultivo se producen pérdidas de COS que fluctúan entre 30 y 50% del nivel inicial (Reicosky, 2002). La pérdida de material húmico de los suelos cultivados es superior a la tasa de formación de humus de suelos no perturbados por lo que el suelo, bajo condiciones de cultivo convencionales, es una fuente de CO 2 para la atmósfera (Kern y Johnson, 1993, Gifford, 1994, y Reicosky, 2002, citados por Martínez et al, 2008). 9.1 Manejo del suelo y Captura de Carbono Según Six et al (2002), citado por Martínez (2008), la MOS puede ser protegida de descomposición acelerada mediante: 1) estabilización física por la microagregación 2) estabilización físico-química mediante asociación con partículas de arcilla, y 3) estabilización bioquímica mediante la formación de compuestos altamente recalcitrantes. Las prácticas agronómicas pueden o no favorecer la captura de carbono. La labranza de conservación, es un sistema de manejo de suelos que tiene una alta capacidad potencial para secuestrar C en el suelo (Rasmussen y Parton, 1994, Rosell, 1999 citados por Martínez et al, 2008). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La labranza además de mullir el suelo y dejarlo suelto para favorecer la germinación de la semilla y el establecimiento de las plantas, expone el suelo a los principales agentes erosivos (agua y viento) y facilita el contacto de los organismos heterótrofos del suelo con la presión parcial de oxígeno de la atmósfera (ca.20 kpa), favoreciendo una mineralización más rápida. La perturbación del suelo por labranza es una de las mayores causas de la disminución de la MOS y del tamaño y estabilidad de los agregados del suelo. Figura 39. Cambios en el contenido de COS inducidos por perturbación y posterior reacumulación por aplicación de manejo de conservación. Modificado de Johnson, 1995 por Martínez , 2008. Si tenemos en cuenta que los procesos de tala y quema además de liberar CO2 a la atmósfera producto de la combustión dejan descubierto el suelo y que los procesos erosivos de rocas carbonatadas liberan más CO2. Si además sumamos que los suelos sin cobertura no solo están expuestos a la degradación sino que al haber menos plantas habrá una menor captura biológica de carbono, es imperativo realizar todas las practicas que lleven a una mayor captura, fijación y precipitación de carbono como es la protección de bosques, el uso de coberturas, la reforestación y el mantenimiento de la microbiota del suelo. Se estima que la selva Amazónica no intervenida es el ecosistema que mayor cantidad de C captura con un valor de 305 t/ha, el 28% del cual se encuentra en el suelo en forma de hojarasca y humus. La roza, tumba y quema contribuye con cerca de 60 por ciento de la deforestación tropical. Este tipo de agricultura es llevada a cabo por 300 a 500 millones de pequeños agricultores en los trópicos para su subsistencia. La magnitud de las pérdidas posteriores del carbono que queda en el suelo dependerá del tipo de uso del suelo que reemplace la cobertura forestal. Bajo las condiciones de la labranza convencional, la pérdida de carbono será considerable, UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades como se mencionó anteriormente (40 a 50 por ciento en unas pocas docenas de años) con un alto nivel de liberación del mismo durante los primeros cinco años. Estas pérdidas son debidas sobre todo a la labranza (FAO, 2002). La tabla 5, muestra las cantidades de Carbono que pueden ser capturadas de acuerdo al tipo de manejo que se realice. Tabla 5. Principales efectos de las prácticas de manejo o de uso de suelos sobre la captura de carbono t C/ha/año). Zonas áridas y tropicales (de Lal, 1999) Fuente: FAO, 2002 Finalmente, recordaremos que el suelo es un sistema vivo en donde muchos otros sistemas coexisten formando bucles de retroalimentación, transformándose y retroalimentándose unos a otros unos a otros a fin de mantener el equilibrio dinámico del sistema suelo. La figura 40, muestra como se entretejen los ciclos del carbono, de la materia orgánica, el fósforo y el azufre dentro del ecosistema terrestre y de cuyo equilibrio depende el sostenimiento de la vida en la tierra. Figura 40. Ciclaje de C, N, P y S en materia orgánica y sustancias húmicas del suelo Autor: (Siqueira,1988) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 10. Calidad del Suelo Se considera que el suelo es un “Sistema Vivo” con componentes e interacciones entre esos componentes que generan unos atributos emergentes (salidas del sistema). Esos atributos emergentes se traducen en Fertilidad, Resiliencia, Salud y Calidad del suelo. Fertilidad del suelo: Es la capacidad del suelo de suministrar todos los nutrientes que requieren las plantas para su crecimiento y que es producto de las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo. Resiliencia: Es la capacidad del suelo de revertirse a un estado de equilibrio parecido al estado original, después de haber sido sometido a fuerzas disturbadoras, una vez estas desaparecen. Esas fuerzas disturbadoras pueden ser tala y quema, procesos erosivos, labranza del suelo, contaminación, empobrecimiento químico, entre otros. Salud del suelo: Implica la estabilidad de cada organismo en su entorno y en relación a los demás. Un suelo es saludable en la medida en que alberga a una microbiota también saludable, permite el desarrollo de plantas saludables y no presenta niveles de sustancias y /o elementos tóxicos. Calidad del Suelo: El Instituto de la Calidad del Suelo (Soil Quality Institute, SQI) del Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) del USDA (SQI, 1999), define la calidad del suelo como “la capacidad que tiene un tipo específico de suelo de llevar a cabo una serie de funciones básicas en él como mantener la productividad biológica, regular los flujos de agua y de solutos, amortiguar la contaminación y almacenar y circular nutrientes”. Doran y Parkin (1994) citados por Mariscal (2008) definen la calidad del suelo como : “capacidad del suelo para funcionar dentro de un ecosistema manteniendo la productividad biológica, preservando la calidad del medio ambiente y promoviendo la salud de las plantas y animales”. Involucra la permanencia o perdurabilidad de estas condiciones- a largo plazo - y la ausencia de impactos negativos sobre los recursos naturales y el ambiente (Sánchez de Prager, 2006). 10.1 Indicadores de Calidad del Suelo Para evaluar dicha capacidad se han seleccionado unos indicadores que son, básicamente, conjuntos de propiedades que condicionan un comportamiento. Hay indicadores visuales, indicadores físicos, indicadores químicos e indicadores biológicos. Los indicadores visuales pueden mostrar el efecto de ciertos procesos que estén afectando un área importante de terreno, como por ejemplo, la UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades acumulación de sedimentos como consecuencia de algún proceso geomorfológico de sedimentación. Los indicadores físicos se relacionan con el arreglo de las partículas del suelo y definen limitaciones para el crecimiento de las raíces, para la germinación de las semillas o para el comportamiento del agua en el suelo. Los indicadores químicos se relacionan, fundamentalmente, con los procesos que tienen que ver con el suministro de nutrientes a las plantas y es lo que tradicionalmente se ha llamado “fertilidad del suelo” y, los biológicos, con el contenido y actividad de organismos que viven en el suelo y su interacción con las plantas. A continuación se esquematizan las Características del suelo y los procesos que afectan la calidad del suelo, ligados a ellas: a) Características Mecánicas Propiedades - Procesos Textura Estructura Porosidad - Compactación - Sellamiento - Infiltración -Escorrentía Factores -Clima - Génesis - Pendiente b) Características Hidrológicas Propiedades - Retención de humedad Drenaje Propiedades de Transmisión Procesos -Humedad - Encharcamiento - Nivel freático Factores - Textura y estructura - Clima (Precipitación) - Relieve - Presencia de Hard pan UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades c) Características Térmicas Propiedades - Color - Capacidad calorífica - Conductividad térmica Procesos - Descomposición MOS - Respiración microorganismos - Denitrificación - Escorrentía Factores -Clima - H° y T° - Flujos térmicos d) Características Biológicas Propiedades - Contenido de MOS - Estabilidad agregados - Microorganismos - Reserva de nutrientes - Fertilidad Procesos - Respiración - Mineralización de MOS - Cementación - Bioagregación - Suelo supresivo Factores -Formaciones vegetales - H° y T° - Manejo La actividad microbiana del suelo medida en términos de cantidad y diversidad de microorganismos, respiración, actividad enzimática, son indicadores de la salud del suelo. La biomasa del suelo es equivalente al potencial de energía química en forma de Carbono que permite el establecimiento de cadenas tróficas y alimenticias. e) Características químicas Propiedades - pH - Acides Total Procesos Factores - Aluminio intercambiable - Saturación de Base - Humedad del suelo Transformación de nutrientes Absorción- desorción Acidificación Eluviación Calcificación Salinización UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico Propiedades - C.I.C - C.E – UNAD Humanidades Procesos - Lixiviación Osmosis - Difusión Absorción de nutrientes Fijación– inmovilización de Nutrientes - Ciclaje de nutrientes - Factores Aluminio intercambiable Saturación de Bases Humedad del suelo Contenido de MOS La Fertilidad del Suelo es un atributo emergente reflejado en calidad del suelo. Puede definirse como la sumatoria de aptitudes físicas, químicas y biológicas de un suelo que se manifiestan producción. No obstante todo lo anteriormente expuesto es necesario aclarar que el término “Calidad del suelo” es relativo, y debe definirse en términos de la pregunta ¿Calidad para qué? Para un ingeniero agrónomo un suelo compactado indica una mala calidad del suelo, mientras que para un ingeniero civil que desea construir un edificio, significa un suelo de buena calidad. Si lo que se desea es reforestar un área de protección la calidad del suelo será diferente a si se quiere desarrollar un cultivo intensivo de tomate. La disminución en la calidad del suelo se evidencia por: - Presencia de procesos de erosión severa Incremento en la compactación y encostramiento Reducción de la infiltración del agua Cambios adversos de pH Contaminación por polución Salinización Reducción de la biomasa del suelo Reducción de la capacidad productiva El exceso de nitrógeno (por exceso de fertilizantes nitrogenados y materias orgánicas adicionadas) puede inhibir la agregación del suelo al decrecer la producción de polisacáridos durante la descomposición de los residuos orgánicos. La actividad microbiana se ve afectada por la contaminación con metales pesados y la persistencia de compuestos orgánicos xenobióticos polucionantes UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades (plaguicidas hidrocarburos con diversos grupos sustituidos). Por lo tanto en presencia de estos compuestos, disminuye la rata de mineralización de C, N, S, P, disminuye la fijación de N atmosférico y la respiración del suelo. El primer cambio que se evidencia en un suelo contaminado por metales pesados es la variación de pH que es muy difícil de revertir. Estos contaminantes pueden alcanzar niveles de concentración que provocan efectos negativos en las propiedades físicas, químicas y biológicas como: reducción del contenido de materia orgánica, disminución de nutrimentos, variación del pH generando suelos ácidos, amplias fluctuaciones en la temperatura, efectos adversos en el número, diversidad y actividad en los microorganismos de la rizósfera, dificultan el crecimiento de una cubierta vegetal protectora favoreciendo la aridez, erosión del suelo, y la dispersión de los contaminantes hacia zonas y acuíferos adyacentes y como consecuencia aumenta la vulnerabilidad de la planta al ataque por insectos, plagas y enfermedades, afectando su desarrollo (Zhang et al., 2000 citado por Sierra, 2006). La materia orgánica puede adsorber tan fuertemente a algunos metales, como el Cu, quedando en forma no disponible por las plantas, motivo por el cual, algunas plantas crecidas en suelos ricos en materia orgánica, presentan carencia de elementos como el Cu, Pb y Zn, eso no significa que los suelos no estén contaminados ya que las poblaciones microbianas se reducen notablemente. La textura favorece la entrada e infiltración de la contaminación de metales pesados en el suelo, por ejemplo la arcilla tiende a adsorber a los metales pesados, que quedan retenidos en sus posiciones de cambio, por el contrario los suelos arenosos carecen de capacidad de fijación de los metales pesados, los cuales pasan rápidamente al subsuelo y pueden contaminar los niveles freáticos (Pineda, 2004 citado por Sierra, 2006). El suelo debe observarse y manejarse como un Todo organizado, como un sistema vivo en donde todos los componentes están interrelacionados y en donde cualquier tipo de manejo, por simple que parezca, trae consecuencias sobre todo el sistema que se verán reflejadas en sus propiedades emergentes. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 3: ATRIBUTOS EMERGENTES DEL SISTEMA SUELO Gaia es una entidad compleja que implica a la biosfera, atmósfera, océanos y tierra; constituyendo en su totalidad un sistema cibernético o retroalimentado que busca un entorno físico y químico óptimo para la vida en el planeta. James Lovelock INTRODUCCIÓN Fred Magdoff define un suelo sano de buena calidad como “aquel en el que se pueden obtener cultivos, sanos y de alto rendimiento, con un mínimo de impactos negativos sobre el medio ambiente”. Es un suelo que también brinda propiedades estables al crecimiento y salud de los cultivos haciendo frente a condiciones variables de origen humano y natural (principalmente las relacionadas con el clima). Los factores que determinan la calidad del suelo son esencialmente “atributos emergentes” del sistema, son propiedades que influyen sobre el crecimiento y productividad de los cultivos. Muchas de esas propiedades son aspectos diferentes a la fertilidad como por ejemplo el encostramiento, el sellamiento de la capa superficial del suelo, la salinidad o la acidificación extrema. Muchas de las propiedades de los suelos utilizados para agricultura son heredadas del estado natural. Algunas como la textura , la profundidad de capas cementadas o hard pan , la salinización, procesos de erosión acelerada, se pueden modificar a costos de tal envergadura que se hace imposible, en la mayoría de los casos. Sin embargo, casi todas las propiedades del suelo son influidas hasta cierto grado por la forma en cómo éste se maneja y de la elección de los futuros cultivos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico Tabla 6. Índices de calidad del suelo Autor: Magdoff,A. ( 2004) – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 11. Fertilidad Se considera que un suelo es fértil, cuando sus características químicas y físicas permiten obtener un buen rendimiento de cultivo y una excelente calidad de producto. Sin embargo, como ya hemos visto en las lecciones anteriores, las características físicas, químicas y biológicas de un suelo depende de muchos otros factores y condicionantes como el material parental, clima, cobertura vegetal, microorganismos del suelo y manejo. 11.1 Carbono, MOS y Nitrógeno La fertilidad natural del suelo está asociada al nivel de Carbono orgánico que a su vez se asocia al contenido de MOS y a la dinámica de mineralización. Estos dos ciclos condicionan la disponibilidad de todos los elementos necesarios para el crecimiento de las plantas. El contenido de C en el suelo decrece con el tiempo dependiendo del tipo de manejo. Solo en ecosistemas de bosque natural los contenidos de C y MOS se mantienen constantes gracias al ciclaje de la materia orgánica. La figura 41 muestra la forma en que decrece el COS en el tiempo de acuerdo a diferentes tipos de manejo. Figura 41. Cambios en los contenidos de COS en el tiempo bajo diferentes tipos de manejo. Fuente: Acevedo, E. (2003). Mientras que los contenidos de C y MOS disminuyen al haber un menor aporte de residuos sobre los campos de cultivo ya que la mayor cantidad de biomasa se exporta en forma de cosecha, la rata de mineralización de materia orgánica continúa de forma constante porque depende sobre todo del clima. Si la microbiota UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades del suelo sigue trabajando a un ritmo más o menos constante, la reserva de MOS del suelo disminuye con el tiempo pues la rata de mineralización es mayor que la rata de acumulación. La pérdida de N es descrita matemáticamente según Salter y Green, 1933 (citados por Stevenson,1982) como: N = No Kto ∂ N = -rN ∂t donde: No = contenido inicial de N. K = fracción de N remanente después de un simple año de cultivo. r = tasa anual de pérdida de N. t = tiempo La disppnibilidad de N tambien varìa de acuerdo con el tipo de labranza. El N-NO3 incrementa su disponibilidad bajo sistemas de labranza tradicional y disminuye en condiciones de labranza cero en donde al quedar los residuos de cosecha en superficie tardan mas tiempo en descomponerse y mineralizarse. LT : Labranza tradicional CL: Cero labranza ML: Labranza mínima Figura 42. Variación del contenido de N-NO3 del suelo a través del tiempo bajo diferentes tipos de labranza (Acevedo, 2003). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 43. Disminución del N disponible respecto al tiempo en suelos cultivados (Acevedo, 2003). 11.2 C.I.C La C.I.C se incrementa en la medida en que el contenido de MOS es mayor y el pH se encuentra en valores ligeramente ácidos o tendientes a la neutralidad. El humus presenta cargas eléctricas capaces de atraer iones al igual que las arcillas. Posee también capacidad amortiguadora de pH. Del 20 al 70% de la CIC de muchos suelos (por ej. Molisoles) es causada por sustancias húmicas coloidales. En suelos muy ácidos, la relación es inversa y la CIC tiende a decrecer en la medida que hay mayor cantidad de MO. Esto puede deberse a una baja rata de mineralización, posiblemente influida por condiciones anegadas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 44. Relación entre MOS y C.I.C efectiva a tres niveles de pH en suelo del Serrado, Brasil. Tomado de López, 1983 por Burbano, 1989. La C.I.C determina la capacidad de un suelo para adsorber y ceder nutrientes de y hacia la solución del suelo, por lo tanto se considera que un suelo fértil debe poseer valores cercanos y superiores a 20 meq/100 gr de suelo. 11.3 Disponibilidad de Fósforo El fósforo del suelo es en parte de origen orgánico. Se asume que entre un 15 y hasta un 80% del P se encuentra en forma orgánica. Se considera que es un recurso NO renovable ya que los yacimientos minerales son limitados y los más grandes se encuentran en el lecho marino producto del guano de aves y peces por lo que resulta difícil de aprovechar. El contenido total de P del suelo depende de: Heterogeneidad de las rocas parentales, desarrollo de los suelos. Textura : Las texturas más finas proveen un mayor el contenido de P Profundidad La tabla 7 muestra como los suelos del Orden Molisol, con alto contenido de MOS presenta las mejores características de pH y P total mientras que los oxisoles con pH fuertemente ácido y bajos contenidos de MOS presenta el menor contenido de P total. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 7. Distribución de las fracciones de fósforo total (ppm) en la capa arable de algunos suelos venezolanos con relación a su grado de meteorización. Serie Orden CIC (meq/ 100g) pH Total orgánica Ca-P Al- P P-Fe Chispa Molisol 100 6.9 692 235 70 33 43 Maracay Entisol 127 5.9 298 79 88 20 33 Paya Alfisol 50 5.0 144 85 3 14 19 18 4.8 59 11 0 2 17 Guataparo Oxisol Autor: (Sánchez,1981). El fosforo orgánico se encuentra en forma iónica como H2PO4- y al mineralizarse repone el P a la solución del suelo. El fosforo inorgánico se encuentra como ortofosfatos HPO4-- y es fuente de alimento para los microorganismos. El fósforo inorgánico se encuentra en forma de Fosfatos de Ca, Fe y Al, insolubles. En suelos poco evolucionados predominan los fosfatos de calcio un poco más solubles, mientras que en suelos muy evolucionados el fósforo se encuentra unido al hierro y al aluminio. El fosforo del suelo es poco móvil. Gran parte queda adsorbido a las partículas de limo, arcilla y materiales amorfos como la alófana de suelos volcánicos. Otro porcentaje queda ocluido (inmóvil) rodeado de un revestimiento inerte de otro material que evita la reacción de los fosfatos de Fe y Al con la solución del suelo. El fosforo fijado y ocluido no es disponible para las plantas. Se estima que solo un 30% o menos del fósforo total es disponible para las plantas y de igual forma solo el 30% del fósforo contenido en los fertilizantes fosfatados es aprovechado por las plantas, el restante es fijado por los coloides del suelo. Esto implica que todas las prácticas que conduzcan a mantener el horizonte orgánico del suelo, a proveer un suministro adecuado de materia orgánica y a mantener la biota del suelo activa, son las mejores estrategias para mantener un suministro de P disponible en la solución del suelo. 11.4 Bases cambiables y elementos menores El contenido de microelementos en el suelo, depende de la constitución de las rocas y las variaciones en las cantidades totales son mucho mayores que para los Macro elementos, pudiendo variar en órdenes entre 1 y 1000 y frecuentemente entre 1 y 100 ppm dependiendo del origen del suelo y de los procesos y factores de formación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico En general los suelos de fracciones finas (arcilla y limo) microelementos que suelos de fracciones gruesas (arena). – UNAD Humanidades son más ricos en Sin embargo, los microorganismos del suelo, sus exudados y los exudados de las raíces juegan un papel fundamental en la disolución de esas rocas que hace posible que los cationes pasen a la solución del suelo. De otra parte, la materia orgánica es la encargada de quelatar los iones metálicos y hacerlos disponibles para las plantas, pero solo hasta cierto punto. Suelos con mayores contenidos de materia orgánica presentan mayores contenidos de microelementos hasta niveles de 5 a 7% de MO. Luego, disminuye debido a que la densidad aparente del suelo disminuye en comparación con un suelo mineral y por tanto el contenido será menor con relación al volumen total de suelo. Los aportes de microelementos como fertilizantes y la extracción por parte de los cultivos son menos influyentes que el aporte de la roca madre en el contenido total de microelementos en el suelo. Durante los procesos de formación de las rocas, las moléculas de los minerales se reorganizan y dan origen a diferentes tipos de minerales secundarios. Figura 45. Formación de minerales secundarios y sus componentes Autor: S. Gómez, 2007 La tabla 8 muestra los diferentes tipos de material parental y los elementos que aportan en mayor cantidad. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 8. Fuentes de elementos secundarios y menores Elemento Potasio Compuesto Mayor contenido ígneas en rocas + K Calcio Minerales °Cenizas , °Feldespatos : ortoclasa °Micas: biotita, muscovita , °Silicatos °Arcillas: Ilita, Vermiculita Rocas calizas: 30-40% °Feldespatos: Plagioclasa Materiales aluviales: 2a 7 % °Piroxenos: Augita Ca ++ °Anfiboles , °Micas: Biotita °Carbonatos , °Sulfatos: Yeso °Fosfatos: Apatitas Magnesio Rocas sedimentarias Mg ++ °Dolomita , °Magnesita °Silicatos menor resistencia a meteorización : Piroxenos , Olivino, Anfiboles , Arcillas: Vermiculita, Ilita °Sulfatos , °Carbonatos Boro Cobre (Es excluido de los compuestos silicatados) Hierro Manganeso Molibdeno Zinc Boratos hidratados Boro silicatos Materia orgánica Sulfuros simples Sulfuros complejos Óxidos Carbonatos Óxidos Sulfuros, Sulfatos Carbonatos Materia orgánica Óxidos simples Óxidos complejos Carbonatos Silicatos Sulfuros Molibdatos Sulfuros Carbonatos Silicatos Materia orgánica Rocas ígneas, Sedimentos marinos, rocas sedimentarias: Bórax , Turmalina Micas Calcocita Cu2S Calcopirita CuFeS Cuprita Cu2O Malaquita Hematita Fe2O3 Pirita Fe2S Siderita FeCO3 Jarosita Manganita MnO.OH Braunita Rodocrosita MnCO3 Rhodonita MnSiO3 Molibdenita MoS Powelita Ca. MoO4 Esfalerita ZnS ZnCO3 Willemita Zn2SiO4 Autor: S. Gómez, 2010 Las deficiencias de estos nutrientes en la solución del suelo provoca desbalances nutricionales en las plantas los cuales la mayoría de las veces se corrigen mediante la aplicación de fertilizantes. No obstante, antes de aplicar cualquier enmienda o abono es necesario detectar cual es la causa de la indisponibilidad de cada nutriente. Muchas veces, mediante prácticas culturales como drenaje, aplicación de riego, activación de la microbiota del suelo o aporte de materia orgánica es posible mejorar la disponibilidad de éstos elementos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 9. Causas de No disponibilidad de elementos en la solución del suelo Elemento Causa K Suelos pobres, drenaje excesivo, sequía, suelos orgánicos, arcillas. Ca y Mg Suelos ácidos, intemperizados, cenizas, drenados de regiones húmedas, orgánicos. B Lixiviación, pH ácido, contenido bajo de MO , exceso de Ca, contenido de arcillas Mo Lixiviación, pH ácido, cenizas, bajo contenido de P Fe, Cu, Zn y Mn Suelos pobres, secos, pH básico, acción acomplejante de alofana sobre la MO en suelos derivados de cenizas, bajas T° (absorción por actividad metabólica). Autor: S. Gómez, 2010 La fertilidad del suelo no solo se ve afectada por la deficiencia de elementos sino también por exceso de metales que pueden ser tóxicos para las plantas. El Fe y Mn resultan tóxicos por su alta disponibilidad en suelos ácidos bajo condiciones inundadas El Cu y Zn resultan tóxicos a pH ácido por acomplejamiento con ácidos Fúlvicos y húmicos que los hacen muy solubles y disponibles para las plantas. El B resulta tóxico a pH fuertemente ácido y el Mo a pH básico. 11.5 Manejo de Suelo y disponibilidad de nutrientes El manejo del suelo y el aporte de materia orgánica son decisivos en los procesos de pérdidas y ganancias de éstos elementos. Golley et al(1978), reportaron en estudios realizados en suelos de Santa Fe de Panamá, con 1900mm de lluvia anual durante 220 días, que hay aportes importantes de K, Ca, Mg, Na, Fe, Cu, Zn, Mn, P por lavado de hojas y troncos de la vegetación. Ellos compararon el total de estos elementos en un Campo abierto y en un ecosistema de bosque. Los resultados fueron los siguientes: Campo libre: 114.6 Kg/Ha/año Bosque: 688.4 Kg/Ha/año 543.5 Kg Restos Vegetales 30.3 Kg por lavado de hojas y troncos Pérdidas por escorrentía 265 kg/ Há/año Pérdidas por erosión 138 Kg/ Há /año Suarez de Castro & Rodriguez (1962), en suelos de Chinchiná- Colombia, con 2700mm de lluvia anual, reportaron los siguientes datos de pérdidas de nutrientes en sus investigaciones acerca de pérdida de fertilidad por procesos erosivos: Suelos desnudos: Se pierden 235 Kg K, 983 kg Ca, 268 Kg Mg por Hectárea /año UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Cobertura Añil: Se pierden 101 kg K, 714 Kg Ca, 178 Kg Mg por Hectárea / año Café en terrazas y coberturas nobles: Se pierden 1.1 Kg K, 2 Kg Ca, 2,1 Kg Mg Hectárea / año Los procesos de tala y quema también causan profundas modificaciones en el ciclaje de estos elementos. En la dinámica de K, Ca, Mg, la Materia orgánica viva (cobertura), muerta y el Humus, tienen un papel fundamental en los procesos de pérdidas. Inicialmente, después de la quema, los contenidos de éstos elementos se incrementan, pero por efectos de lavado y erosión, las perdidas llegan a la mitad y hasta a la cuarta parte de esos contenidos después de un año. Suarez de Castro et al, encontraron que en suelos de Chinchiná- Colombia, con 2700mm de lluvia anual y pendientes entre el 3 y 10 %, después de la quema de la vegetación natural, hubo un aumento en los contenidos así: Ca: 1.52 a 1.82 meq/100 gramos Mg: 0.6 a 0.8 meq/100 gramos K: 0.19 a 0.55 meq/100 gramos Un año después la disminución de los contenidos llegó a la mitad para Ca y Mg y hasta la cuarta parte para K. Estos datos demuestran la importancia de mantener una cobertura permanente sobre el suelo que evite el arrastre de sedimentos por efecto de la escorrentía y el viento. Toda practica que lleve a mantener un suelo desnudo, irá en detrimento de su fertilidad natural. El encalado es otra práctica agrícola de uso frecuente. Se utiliza para balancear los contenidos de Ca++ y Mg++ y para neutralizar el Al++ cuando éste se encuentra en cantidades superiores a 1,5meq/100 gr. En cualquiera de los casos, el aporte de cales lleva a un incremento en el valor del pH. Cuando la adición de estas enmiendas se hace de forma indiscriminada, puede traer consecuencias negativas tales como: Aumento en la fijación de Fósforo y Molibdeno. El Ca y el P se unen formando fosfato de Calcio que precipita. Disminución actividad microbiana y por ende una menor mineralización Toxicidad de Hierro , Aluminio, Manganeso que quedan disponibles al aumentar el pH Deficiencias de elementos menores que son disponibles a pH ácido. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los microorganismos juegan un papel fundamental en la solubilización de minerales que de otra manera no cederían los iones a la solución del suelo. Por lo tanto todas las prácticas que llevan a mantener una microbiota activa, conducen a una mayor disponibilidad de elementos secundarios y menores. La tabla 10, incluye los microorganismos que intervienen en la solubilización de minerales. Tabla 10. Microorganismos solubilizadores de minerales Microorganismos Compuestos Penicillium Fosfatos Aspergillus niger Thiobasillus Transformadores de azufre Ferrobacillus Transformadores de hierro Aspergillus,Botrytis, Degradación de Biotita,Muscovita, Cephalosporium,Fusarium, Vermiculita y Olivino Mucor,Trichoderma, Penicilliun Autor: Sánchez de P. 2006 El mantener un suelo sano, con buen contenido de MOS y una microbiota sana, diversa y activa, se ve reflejado en una mayor solubilidad y disponibilidad de nutrientes minerales, en una mayor productividad y en una mayor probabilidad de mantener la sostenibilidad del agroecosistema. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 12: Degradación química del Suelo: Salinización Se considera que un suelo es salino cuando contienen suficiente cantidad de sales como para afectar el crecimiento de las plantas. Una Conductividad eléctrica (C.E) mayor de 2 dSm/m en extracto de saturación, indica problemas de salinidad. Existen dos tipos de sales, las sales solubles y las no solubles. Las sales solubles: corresponden a cloruros de Na, Ca y Mg. Los Nitratos – NO3 rara vez se acumulan. Se disocian 100%, son 100% solubles y provocan un incremento en la C.E del suelo, non provocan cambios de pH. Las sales no solubles: como los sulfatos, fosfatos, carbonatos y bicarbonatos, no disocian. Por el contrario es necesario que se produzca una reacción de hidrólisis que libere al ion metálico. Al ocurrir la hidrólisis, se liberan iones – H y –OH y provocan entonces cambios en el pH del suelo. Los suelos sulfatados ácidos presentan ambas condiciones, valores muy bajos de pH del orden de 2 - 3 y valores muy altos de C.E. Las plantas que crecen en suelos salinos no pueden tomar K y Ca de la solución del suelo por que dejan ingresar Na y Cl tratando de balancear la presión osmótica. El Na entra en lugar de K y el Cl en lugar de P2O5. Los microorganismos reducen su actividad, se reduce la fijación simbiótica de N y hay pérdida de NO3 por lavado. 12.1 Factores formadores de suelos salinos Los factores más influyentes en la formación de suelos salinos son la temperatura, el relieve, el material parental y el factor tiempo. Temperatura y Precipitación: La evaporación sucede cuando la alta radiación agota el agua del aire y por lo tanto merma la energía del agua atmosférica. Al haber un gradiente de energía entre los sistemas suelo- atmosfera, el suelo sede la humedad a la atmosfera. A su vez, el agua profunda del suelo junto con iones disueltos sube a la superficie por capilaridad. Al llegar a la superficie es evaporada y las sales quedan en la superficie en forma de costra. En los desiertos, debido a la baja precipitación, no hay agua que pueda lavar las sales que se forman por el proceso normal de meteorización de las rocas. Los suelos salinos son por lo general de colores claros, duros, no hidratados, con valores altos de densidad aparente. En climas húmedos, hay una menos probabilidad de que un suelo se vuelva salino debido a la lixiviación de los iones por el agua lluvia. La descomposición de los minerales en el suelo depende de su solubilidad y la cantidad de sales solubilizadas depende de la cantidad de CO2 presente en la UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades atmosfera del suelo. El CO2 se acumula en la zona de raíces y forma Carbonatos y bicarbonatos. Cuando predominan los bicarbonatos los suelos tienden a ser sódicos. Relieve: En suelos pendientes no se originan suelos salinos debido a que hay escorrentía en superficie que lava las sales. El agua se acumula en las zonas en donde hay cambios de inclinación del relieve, por lo tanto, los suelos salinos se forman en terrenos planos y cóncavos de valles. Material parental: Las rocas ígneas básicas como los minerales ferromagnesianos dan origen a suelos salinos, mientras que las rocas ígneas ácidas como los cuarzos, no contienen sales y por lo tanto los suelos derivados de ellas no tendrán tendencia a la salinización natural. Por ejemplo, las rocas del escudo terrestre de las Guayanas y los suelos diamantíferos, son cuarcìticas y nunca darán origen a suelos salinos. Tiempo: El suelo no es estático. Por el contrario, es un sistema en permanente evolución. Sin embargo, dependiendo del relieve, de la zona y de la edad, la dinámica de formación puede ser más o menos rápida. Los suelos de la zona Andina son muy variables. En ellos se dan cambios en periodos de tiempo cortos a diferencia de los suelos continentales que son muy estables. Por ello, los suelos de las cordilleras difícilmente llegarán a ser salinos porque no dan lugar a procesos de acumulación. 12.2 Suelos Salinos Los suelos salinos contienen cantidades apreciables de yeso ( Ca SO4.2H2O) y los carbonatos solubles siempre están ausentes. El pH es menor de 8,2. El exceso de sales proporciona buenas características de fertilidad pero cuando estos suelos se lavan con aguas de baja concentración de iones, las partículas tienden a dispersarse causando baja permeabilidad. Las plantas afectadas por sales presentan una coloración verde azulosa. Si la salinidad es ocasionada por Cloruros, las plantas se presentan suculentas. Recuperación y Manejo: Raspado: Métodos mecánicos orientados al rompimiento de costras Inundación: Para lavado superficial. Sin embargo es muy poco efectivo. Lixiviación: Consiste en la aplicación de agua en superficie hasta que se infiltre y arrastra las sales a través del perfil hasta el drenaje natural del suelo por donde pueden ser evacuadas. Es un método muy costoso y funciona mejor cuando el contenido de humedad del suelo es bajo y el nivel freático profundo. No se aconseja hacerlo en meses cálidos porque hay mayor EVT. Aplicación de enmiendas: Los suelos salinos están dominados por sales solubles como el NaCl, por lo tanto el simple lavado es suficiente para bajar la RAS, produciéndose desalinización y desodificación al mismo tiempo. En UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades esta situación con una RAS alta no es necesario aplicar enmiendas como Yeso para acelerar el proceso. La función del yeso es la de mantener un mayor flujo de agua atravesando el perfil del suelo al mantener un suministro continuo de calcio soluble en el agua de lavado. Su función es mejorar la infiltración. Por lo tanto, en suelos con buena capacidad de infiltración, no es necesario aplicar yeso antes de hacer el lavado. Drenaje: Cuando se aplica riego a los cultivos es necesario garantizar que la profundidad de la tabla de agua está entre 1,5 a 3 m dependiendo de las características del suelo, la profundidad de raíces y el contenido de sales del agua subterránea. Por tanto, es necesario asegura el drenaje en profundidad en especial si hay otros impedimentos en profundidad como roca, hard pan, arcillas o cambios texturales. Riego: en suelos salinos cuando el agua de riego disponible es también alta en sales, es preferible realizar riego por goteo. El goteo proporciona un bulbo húmedo en la zona de raíces y crea una zona de seguridad restringiendo la acumulación de sales lejos del área de absorción. Cuando se utilizan otros sistemas de riego, es necesario calcular un volumen adicional de riego denominada Agua de lavado cuya finalidad es circular por el perfil y arrastrar las sales. Nivelado de terreno: Puede dejar expuestas capas salinas o forman perfiles sub superficiales. Produce el mismo efecto que la labranza. 12.3 Suelos sódicos Los suelos sódicos se originan por: Existencia de un nivel freático tan cercano a la superficie que puede influir en los procesos químicos del perfil Existencia de agua del suelo o de riego rica en bicarbonatos y Na Mal drenaje La saturación de Na+ crea impermeabilización de los horizontes arcillosos incrementando la salinidad del perfil. El Na se convierte en el ion dominante por la baja solubilidad de los carbonatos de Ca++ y Mg++. La reducción de sulfatos en suelos saturados (anegados) puede contribuir a la formación de suelos sódicos en la medida en que se forme Na2O3 el cual se reduce si existe humedad. Los microorganismos también provocan la reducción de sulfatos siempre y cuando haya una reserva de MOS que les provea de energía. Así los suelos sulfatados ácidos se originan en ambientes con abundante cantidad de MO, en ambientes saturados y en presencia de altas concentraciones de sulfatos. Los suelos sódicos presentan un porcentaje de saturación de sodio (PSI) > al 15% de la C.I.C y una relación de absorción de sodio (RAS) entre 10 y 20. La C.E. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades siempre es menor de 4 dS/m y el pH mayor o igual de 8,2 pudiendo llegar a valores de 10,5. Se presenta dispersión y disolución de MOS que puede ser llevada a la superficie por evaporación formando costras oscuras en superficie. El pH aumenta y la disponibilidad de nutrientes disminuye, se forma Na2CO3 que afecta la absorción de P, Fe, Mn, Zn. El Na, Mo y B se acumulan hasta niveles tóxicos. Recuperación y Manejo: Enmiendas: Es necesario remover el exceso de Na+ y remplazarlo por Ca++. Par ello se utiliza yeso y CaCl que tienen calcio soluble. También se utilizan ácido sulfúrico, sulfato de hierro, sulfato de aluminio, sulfato de calcio o pirita. Entre más soluble es el compuesto más rápido actúa en el lavado de sales y más costosas resultan. La cantidad que se aplica depende de la cantidad de Na que se desee sacar del sistema y de los factores físicos propios del suelo como textura, mineralogía y profundidad a la que se desea llegar. Por cada mol de Na/ 100 g suelo se requiere una mol de Ca. Las reacciones químicas que se suceden al aplicar yeso y que permiten el lavado de sales, se muestran a continuación: Cuando se adiciona azufre, cuya acción es más rápida, las reacciones son las siguientes: Las enmiendas azufradas requieren que en la primera etapa actúen los microorganismos del suelo, es decir que el proceso pasa por una etapa biológica. Después de lavar las sales, las labores de recuperación son similares a las utilizadas para recuperar suelos salinos y consisten en adicionar MO, plantar especies tolerantes como la alfalfa y trébol que soportan ambientes salinos y que con la acción de sus raíces van mejorando la agregación de las partículas. Luego UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades pueden ser también incorporados como abono verde mejorando la porosidad y estructura. 12.4. Suelos Alcalinos, Calcáreos y Magnésicos Los suelos Alcalinos presentan elevados contenidos de metales alcalinos o alcalinotérreos como Na, Ca, Mg y K y valores de pH mayores de 7.0. Los suelos calcáreos tienen contenidos muy altos de carbonatos de Ca y Mg y tienen un pH mayor de 8.4. Presentan reacción de efervescencia al contacto con HCl. Los suelos magnésicos tienen muy alta saturación de Mg que dispersa las arcillas y la MOS y daña la estructura y las propiedades hídricas del suelo. En Egipto para recuperar suelos magnésicos, inundan con agua de mar durante 25 años hasta que el Na+ lava todo el Mg++, destapa los poros y se comienzan a agregar nuevamente las partículas. Posteriormente drenan y lavan con agua dulce los excesos de Na+. Este resulta un método factible solo para suelos costeros. 12.5 Caracterización de la salinidad en los suelos de las Regiones Colombianas Amazonia: Son suelos derivados de cuarzos y óxidos, con muy bajos contenidos de minerales, por lo tanto muy poco fértiles. Nunca van a derivar en un suelo salino. Unido a ello el clima es muy húmedo por lo que constantemente se dan procesos de lavado y lixiviación. Son suelos que solo pueden mantener su fertilidad natural bajo ecosistema de bosque. Cuando se instalan praderas bajo el sistema de la tala, la alta radiación quema la MOS y se agota la reserva de humus. En ese momento dejan de ser sostenibles. Orinoquía y Región Caribe: Poseen un régimen de lluvias unimodal muy intenso, con precipitación por encima de los 2000mm al año. El segundo semestre del año solo caen 200 mm. Son suelos áridos, derivados de óxidos, pobres, poco fértiles y no salinos debido al lavado excesivo de sales durante el semestre lluvioso. Laderas Andinas: Son suelos derivados de silicatos ácidos (sedimentos), con un régimen de lluvias bimodal, con precipitaciones de alta intensidad y poca frecuencia. El agua se concentra, cae de forma fuerte por lo que lava, arrastra, compacta y no penetra, causando erosión. Las cenizas volcánicas colombianas son de reacción ácida, por lo tanto no hay probabilidad de que en éstas condiciones se generen suelos salinos. Eje Cafetero: Presenta lluvias de lata frecuencia y alta intensidad. Son suelos derivados de cenizas ácidas, con alta C.I.C., alta capacidad de retención de UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades agua y baja saturación de bases. La pendiente y las lluvias frecuentes favorecen el lavado, por lo que nunca darán origen a suelos salinos. Valle del Magdalena (Huila y Tolima): Son suelos fértiles con C.I.C alrededor de 10 meq/100 gr de suelo, originados de silicatos ácidos. Sin embargo el clima es muy árido y el relieve es plano. Estos factores hacen que puedan originarse suelos salinos bajo condiciones de manejo inadecuadas. Valle del Cauca: Son suelos muy fértiles con C.I.C mayor o igual a 20 meq/100 g de suelo, originados de materiales básicos. La precipitación es baja , la EVT alta y por lo tanto son suelos muy susceptibles a salinizarse. El uso de riego es necesario y las aguas de riego suelen contener altos contenidos de sales por lo que el riesgo de salinizaciones muy alto. La salinización de suelos en el Valle es uno de los mayores problemas para los agricultores. La mecanización continuada y la utilización de aguas con altos contenidos de sales para riego ha generado problemas graves de suelos salinos, sódicos y magnésicos cuya recuperación es casi imposible debido a los costos. En los últimos años se ha generado la cultura de aplicar vinaza a los cultivos de caña como enmienda órgano mineral. La vinaza es un subproducto del proceso de obtención de alcohol carburante. Aunque en principio estas aplicaciones parecen tener efectos positivos sobre el aporte de nutrientes y mejoría de algunas propiedades físicas del suelo, es posible que a largo plaza pueda traer consecuencias negativas sobre la estructura, porosidad y drenaje del suelo y por ende sobre en el nivel de sales solubles. Altiplano Cundiboyacense: Son suelos fértiles originados de materiales ácidos. Sin embargo, el clima es semi árido, la topografía plana y las aguas de riego tienen altos contenidos de sales. Por lo tanto existe un alto riesgo de salinización bajo manejo agrícola inadecuado. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 13: Degradación química del suelo: Exceso o Pérdida de Materia Orgánica El exceso y la pérdida de la MOS, implica cambios profundos en todas las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo y en ello radica que un suelo pueda mantener su capacidad productiva en el tiempo. La MOS puede perderse por acción biológica incontrolada, por efecto de la mecanización, por uso intenso del suelo sin restitución o por procesos erosivos. Por el contrario, adiciones excesivas de materia orgánicas al suelo, provocan contaminación del suelo y aguas de drenaje, defloculación y pérdida de la estructura, entre otros. 13.1 Pérdida de MOS por acción biológica La capa arable del suelo corresponde a los primeros 40 centímetros de suelo. Generalmente ese primer horizonte es el que contiene materia orgánica y es el responsable de la capacidad productiva de cada suelo. En general sabemos que los suelos con un horizonte O orgánico profundo son los más fértiles y productivos, mientras que aquellos con un horizonte O de solo unos centímetros de espesor son suelos pobres y fácilmente degradables. Las nuevas corrientes dentro de la agricultura como la Permacultura, agricultura orgánica, biológica, biodinámica y todas las demás variantes, comparten el principio de la conservación de la MOS y el uso de microorganismos eficientes. La premisa básica es que en un suelo sano, hay una microbiota sana y activa y por lo tanto habrá más nutrientes disponibles. Dentro de las practicas que promueven algunas de estas corrientes esta la BIOFERTILIZACIÓN que no es otra cosa más que el enriquecimiento y activación de la microbiota del suelo por adición de microorganismos foráneos como bacterias, hongos, actinomicetos y levaduras. Estos microorganismos suelen adicionarse de varias maneras: A partir de biopreparados caseros A partir de productos comerciales Los biopreparados caseros consisten en fermentos compuestos por agua, estiércol, levadura y bacillos que se encuentran en la leche y el kumis y suelen usar como activador de la fermentación, el mosto de otros biopreparados provenientes de otras fincas. Presentan la ventaja de ser baratos y fáciles de preparar. Sin embargo, los agricultores no son consientes del peligro que representan al no ser del todo inocuos. Estos preparados pueden contener a su vez hongos y bacterias UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades fitopatógenos dependiendo de su procedencia, de la salud de los animales de dónde provino el estiércol y de la inocuidad con que se realizó la preparación . Así, al utilizar el biofertilizante pueden causar la muerte de todo el cultivo. De otra parte, suele creerse que Biológico u orgánico es sinónimo de benéfico y no hay nada más lejano a la realidad. Si no, miremos la preocupación mundial acerca de las armas biológicas: Una sola espora, una sola bacteria puede causar más daño que una bomba atómica si se implanta en el medio adecuado. El problema con los organismos vivos es que alteran el equilibrio ecológico del medio en donde son introducidos, afectan todos los ciclos del ecosistema y los bucles de retroalimentación, dando como consecuencia un estado de orden diferente al original, que no en todos los casos, es un estado mejor. El ciclo de la materia orgánica del suelo se mantiene en equilibrio cuando las ganancias y las pérdidas se mantienen en equilibrio. Eso implica que las ratas de acumulación, transformación y mineralización de MOS se equiparan y siempre hay la misma cantidad total de MO circulando a través del sistema. La rata de acumulación depende del tipo de vegetación y la rata de degradación depende de la meso y microbiota y del clima. Si la acumulación permanece invariable, pero se incrementa la rata de mineralización por medio de la adición de más microorganismos llegará un momento en que el sustrato alimenticio se agote. En donde antes comían 5 ahora comen 100 pero la cantidad de mercado sigue siendo la misma. Cuando esto sucede, los microorganismos empiezan a consumir la reserva de MOS que es el humus propiamente dicho y en términos de un año el porcentaje de MOS podría disminuirse hasta en un 50%. La recuperación de los mismos puntos perdidos puede por el contrario tardar décadas. Si además, los microorganismos se introducen a un suelo de clima cálido, el daño será aun peor puesto que en climas calientes la rata de mineralización es muy rápida y no es necesario activar la microbiota del suelo, por el contrario, es necesario buscar estrategias que lleven a una mayor acumulación de materia orgánica para enriquecer las reservas de MOS. Los primeros efectos sobre la productividad del cultivo son sorprendentes. La gente se maravilla de obtener buenas cosechas sin adicionar ningún tipo de bono de síntesis, sin embargo el efecto es pasajero y no se percatan que la producción se está obteniendo de los nutrientes de la reserva del suelo que de no ser restituidos con la misma intensidad con que se exportan, acabarán por agotarse. Algunos microorganismos son más ávidos de MO que otros y es necesario tener en cuenta este factor al momento de aplicar biofertilizantes. Por ejemplo, el hongo Trichoderma spp es conocido por su acción antagónica de hongos fitopatógenos como Fusarium y Verticillium. Sin embargo, pocos saben que posee una fuerte acción celulolítica, por lo que usado en exceso también lleva a la pérdida de la MOS incluso de las fracciones más resistentes a la degradación como la celulosa y la lignina. Al generarse competencia entre los microorganismos nativos y los introducidos también ocurren relaciones de predación y de infección. Un microorganismo que UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades se introduce como benéfico puede en algún momento ser suficientemente agresivo como para mermar las poblaciones de microbiota nativa, salirse de equilibrio y comenzar a comportarse como un microorganismo patogénico. Es el caso de Burkholderia cepacia, hasta hace poco utilizada para controlar algunas bacterias patogénicas. Se destaca por producir diferentes tipos de sideróforos, antibióticos, alcaloides y quinolinas de naturaleza antibiótica (Hernández, 1999), ácido cianhídrico y ácido salicílico. En los últimos años se ha prestado especial interés a los sideróforos, como uno de los principales metabolitos implicados en la actividad de biocontrol. Sin embargo, parece ser que puede también comportarse como fitopatógeno, por ello su uso como controlador biológico se ha ido restringiendo. Así, una simple aplicación realizada con miras a bioremediación puede conducir a una contaminación de tipo biológico. 13.2 Perdidas de MOS por Mecanización Durante la revolución verde los arados y aperos cobraron gran importancia en la preparación de tierras para siembras intensivas. Sin embargo, aperos que habían sido diseñados para condiciones de estaciones, fueron introducidos a los suelos tropicales causando daños graves a sus propiedades. FAO (1994), señala que una de las causas principales de la degradación de los suelos en América Latina es, sin dudas, la aplicación de técnicas de labranzas inadecuadas, con el consiguiente deterioro de las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos, la disminución de los rendimientos agrícolas y, más importante aún, el deterioro del medio ambiente . El arado de disco se diseñó con el fin de romper el suelo levemente congelado después del invierno, al inicio de la estación de primavera para dar paso a las siembras tempranas. En los suelos tropicales no hay congelamiento y lo que provoca el arado de discos es la exposición directa del horizonte orgánico a los rayos solares, que queman parte de la materia orgánica al quedar expuesta. Al generar mayor oxigenación, el proceso de mineralización se acelera. Al no estar congelado el suelo, el arado de disco provoca también la pulverización, amasado y sellamiento de poros dando lugar a la formación de costras superficiales. En el peor de los casos, la arda profunda causa inversión de horizontes, quedando el horizonte O enterrado. Cuando el arado se realiza en suelos con cierto grado de pendiente, se aceleran los procesos de erosión hídrica y eólica. La perdida de materia orgánica por efecto de labranza trae como como consecuencia alteraciones del suelo en su densidad, en la capacidad de retención de agua y en la estabilidad de los agregados, que contribuyen a la pérdida de su calidad y de la estabilidad de su estructura. Ismail y Col (1994) citados por Ordóñez, González, & Giráldez , comprobaron como en un ensayo de maíz en Kentucky sobre un suelo “Paleudalf Típico” y UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades después de 20 años, el mayor contenido de materia orgánica se circunscribía a los 5 primeros centímetros. En un suelo de origen volcánico reciente (Dystrandeps) de la precordillera andina en la localidad de San Pedro, Chile, se realizó un estudio durante tres temporadas agrícolas, con el objetivo de cuantificar las pérdidas de suelo asociadas al empleo de diferentes tipos de labranza del suelo. Esas pérdidas se cuantificaron en términos de % y kg.ha-1 de MOS. La tabla 11 muestra los resultados. Tabla 11. Variación del porcentaje y pérdidas de materia orgánica (kg ha-1) en el sedimento erosionado en cuatro sistemas de labranza. Promedio de tres años -1 -1 -1 Tratamiento % MOS kg.ha-1 % MOS kg.ha % MOS kg.ha % MOS kg.ha LC 16,5 2402,4 14,3 4577,4 15,2 1699,4 15,3 2945 LV 16,2 740,3 15,1 1236,7 15,2 568,5 15,5 852,5 SD 14,8 224,9 15,1 877,3 14,6 255,5 14,8 448,4 P 12,9 60,6 12,4 102,9 13,9 86,2 13 83,2 LC= Labranza cero LV =Labranza vertical SD= Siembra directa P= pradera natural Autores: Rodríguez, Ruiz, Valenzuela, & Belmar (2000). 1994 1995 1996 Además de afectarse los contenidos de MOS y de N, la mesofauna sufre alteraciones importantes. Marín & Feijoo (2007), evaluaron el efecto de diferentes usos del suelo sobre la estructura de las comunidades de macro invertebrados. Se compararon las poblaciones de macro invertebrados de una plantación de cacao (testigo) no disturbada por 25 años, con las de cuatro tratamientos consistentes en labranza convencional, labranza con mulch tiller, cincel vibratorio, y siembra directa, en un Vertisol del Valle del Cauca cultivado en rotación de cuatro años de algodón, soya y maíz. Demostraron que la estructura (biodiversidad, abundancia y biomasa) de los macroinvertebrados del suelo es afectada por la alteración que provoca la introducción de labranza convencional y cincel vibratorio. También observaron que el tiempo de permanencia de los tratamientos con labranza de conservación no es suficiente para una completa recuperación de las comunidades. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 46. Biomasa de los macroinvertebrados en diferentes usos del suelo (Marín & Feijoo, 2007). Se encontró que varios grupos de macroinvertebrados, como los coleópteros Megacephala sobrina Dejeani, las hormigas de los géneros Baciseros sp., Solenopsis sp., Cardiocondyla sp., Pheidole sp., Hypoponera sp. y Paratrechina sp., las arañas las familias Theriidae, Lyniphidae y Lycosidae, la familia Blattellidae, Dermaptera Labiduridae y los hemípteros Cicadidae tienen gran capacidad de adaptación a suelos alterados por la labranza, lo que hace posible su utilidad como indicadores de ambientes perturbados (Marín & Feijoo, 2007). 13.3 Contaminación por Materia orgánica Otra forma de contaminación biológica del suelo, lo constituye la adición excesiva de estiércoles y vinazas como abono. En explotaciones ganaderas y porcícolas es frecuente encontrar que todas las excretas de animales se aplican mediante un sistema de riego a los potreros y cultivos. Conforme pasa el tiempo, el aporte de materia orgánica sobrepasa la capacidad de los microorganismos para descomponerla y en el mediano pazo ese exceso provoca la defloculación del suelo y por lo tanto se pierde la estructura. Ocurre un proceso parecido a la perdida de estructura por exceso de Na +. La aplicación de la vinaza se ha generalizado en las zonas productoras de caña. Los ingenios la reutilizan en la fertilización de los cultivos. Sin embargo investigaciones han demostrado que con el tiempo el pH desciende y dependiendo del tipo de suelo se incrementa la C.E hasta niveles problemáticos de salinidad y se afecta la microbiota del suelo y su actividad. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Es necesario realizar más investigaciones que permitan definir hasta que niveles es posible la aplicación de vinazas en diferentes clases de suelo, sin afectar las propiedades estructurales e hidráulicas del suelo. También es imperante dar un manejo diferente a los excesos que son evacuados por los drenajes y que están provocando contaminación de aguas de quebradas y ríos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 14. Degradación química del suelo: Contaminación Un suelo contaminado es aquel que ha superado su capacidad de amortiguación para una o varias sustancias y por lo tanto comienza a causar problemas para el agua, la atmosfera y los organismos. Al alterarse el equilibrio biogeoquímico, las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo cambian provocando disturbios a todo nivel en el ecosistema. La contaminación del suelo, se considera como la acumulación de elementos en un espacio dado que puede darse por procesos naturales o por la acción del hombre. En el primer caso, hablamos de procesos naturales de salinización, alcalinización o acidificación con la consecuente acumulación de Al++ y microelementos que bajo condiciones ácidas llegan a niveles tóxicos para las plantas y por el depósito de óxidos de hierro, arcillas o humus en profundidad. En éste caso se habla de contaminantes endógenos puesto que provienen del suelo mismo. En el segundo, hablamos de contaminación propiamente dicha causada por el uso inadecuado del suelo, uso de plaguicidas y vertimientos de procesos industriales, en cuyo caso se denominan contaminantes exógenos. El suelo es considerado como un sistema “Depurador” pues es capaz de retener, fijar, oxidar, precipitar, inmovilizar y descomponer sustancias que en exceso resultan tóxicas para todo el ecosistema terrestre. Sin embargo, esa capacidad amortiguadora es limitada. 14.1. Naturaleza de los contaminantes Los contaminantes del suelo pueden estar en todos los estados: Líquido, sólido y gaseoso. 14.1.1 Contaminantes sólidos Dentro de los contaminantes sólidos están las partículas de arcilla que se mueven a través del perfil ocasionando procesos de laterización y las partículas de polvo que son arrastradas por el viento. La erosión y la actividad minera son causantes de polución ambiental a partir de partículas minerales que son arrastradas por el viento para ser depositados lejos del lugar de origen. Si la actividad minera está relacionada con metales pesados o radioactivos, los daños llegan a ser de gran magnitud ocupando radios de varios kilómetros a la redonda. Los residuos plásticos de actividades agrícolas como el embolsado del plátano y otras frutas también se han convertido en un problema severo de contaminación. En algunas explotaciones el suelo agrícola ha sido sustituido por un subsuelo plástico inservible. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 47. Contaminación por plástico del embolsado del plátano Fuente: sullana.wordpress.com 14.1.2 Pesticidas y Fertilizantes Los contaminantes líquidos son los de más difícil manejo ya que el agua puede moverse a través del perfil contaminando no solo el suelo y subsuelo sino también las aguas superficiales y profundas. Los pesticidas y fertilizantes se mueven en forma líquida y gaseosa. Dentro de los pesticidas, los Hidrocarburos clorados poseen gran persistencia, es decir que no se descomponen o lo hacen muy lentamente, permaneciendo mucho tiempo en el ambiente. Entre ellos están: DDT, Aldrín, Dieldrín, Endrín, Heptacloro, Hexaclorobenceno, Mirex y Clordano. Pasan a través de los diferentes niveles tróficos del ecosistema y es posible encontrar trazas en animales y humanos. Los organoclorados se concentran en el tejido graso de los animales. Cuanto más alto se encuentre en la cadena alimenticia más alta será la concentración del insecticida. Los Carbamatos son insecticidas selectivos de rápida degradación ambiental. Los Organofosforados, son compuestos químicos muy variados, con efecto primario y rápido sobre el sistema nervioso. Son de vida muy corta, por lo que no tienen efecto residual. Tabla 12. Persistencia de Plaguicidas en el suelo. Fuente: http://www.unex.es/edafo/GCSP/GCSL4CEPestiAdsSue.htm. Universidad de Extremadura. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los abonos nitrogenados, tanto sintéticos como orgánicos utilizados en exceso provocan contaminación tanto por volatilización de NH4, NO2 y N2 como por lixiviación y eutrofización. Los abonos fosfatados son menos móviles que los abonos nitrogenados por lo que el riesgo de lixiviación es mínimo. Solo pasan a las aguas superficiales mediante su arrastre desde la superficie del suelo por escorrentía, cuando se producen fuertes lluvias tras su aplicación a la superficie. El riesgo que conlleva su paso a las aguas es el de provocar eutrofización, igual que el nitrógeno. Figura 48. Eutrofización 14.1.3. Metales pesados Se consideran como metales pesados aquellos elementos cuya densidad es igual o superior a 5 gc/m³ cuando está en forma elemental, o cuyo número atómico es superior a 20, excluyendo a los metales alcalinos y alcalino-térreos. El As, B, Ba y Se también son considerados dentro de éste grupo por poseer propiedades semejantes. Su presencia en la corteza terrestre es inferior al 0,1% y casi siempre menor del 0,01%. Desde el punto de vista biológico, se distinguen dos grandes grupos, aquellos que no presentan una función biológica conocida y los que tienen la consideración de oligoelementos o micronutrientes. La presencia de los primeros en seres vivos, en cantidades mínimas, lleva aparejada graves disfunciones orgánicas. Resultan altamente tóxicos y pueden acumularse en los organismos vivos. Son, principalmente: Cd, Hg, Pb, Cu, Ni, Zn, Sb, Bi. Los oligoelementos o micronutrientes se requieren en pequeñas cantidades, o cantidades traza, por las plantas y animales para que puedan llevar a cabo de forma normal sus funciones metabólicas, pero superado un cierto umbral se UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades vuelven tóxicos. Dentro de este grupo están: As, B, Co, Cr, Cu, Mo, Mn, Ni, Se y Zn. Tabla 13. Niveles normales y tóxicos de metales pesados en el suelo Elemento Rango "normal" mg/kg Valores anormalmente elevado mg/kg As <5 – 40 >2500 Cd <1 – 2 >30 Cu 2 – 60 >2000 Mo <1 – 5 10 - 100 Ni 2 – 100 >8000 Pb 10 – 150 ³10000 Se <1 – 2 >500 Zn 25 – 200 ³10000 Adaptado de Bowie & Thornton, (1985) Cuando la cantidad presente en el suelo de un elemento no puede justificarse por un origen geoquímico, es necesario atribuirla a una contaminación procedente de una fuente externa tal como muestra la tabla 14. Tabla 14. Fuentes de contaminación con metales pesados Fuente Cenizas de combustión Desechos urbanos Turba Residuos metalurgia Residuos materia orgánica Fertilizantes Contribución % 74 9 6 6 3 2 Fuente: Universidad de Extremadura. http://www.unex.es/edafo/GCSP/GCSL4CEMetalesPesados.htm En los medios puramente rurales, los fertilizantes y las enmiendas adicionadas directamente al suelo pueden llegar a constituir la principal fuente contaminante de metales pesados. Los residuos ganaderos, utilizados como enmiendas, pueden contener As y Cu utilizados como complementos nutritivos. Los fertilizantes inorgánicos pueden portar Cd procedente de la manufactura; las rocas fosfatadas llevan una notable cantidad de diversos metales y sobre todo Cd, que junto a Pb y As son bastante frecuentes en diversos tipos de abonos. 14.2 Mecanismos de Resiliencia del Suelo ante la Contaminación Al hablar de contaminación del suelo deben tenerse en cuenta varios conceptos: Susceptibilidad: Mide el grado de sensibilidad de un suelo ante un contaminante especifico. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Carga crítica: Máxima cantidad de una sustancia que el suelo puede recibir sin que aparezcan efectos nocivos ni para él ni para la vida que soporta. Vulnerabilidad: Grado de debilidad de un suelo frente a la agresión causada por contaminantes. Depende de la intensidad de la afectación y del tiempo que debe transcurrir para que los efectos negativos de la contaminación se manifiesten en las propiedades físicas, químicas y biológicas. En cuanto a las características de los contaminantes propiamente dichos ha de temerse en cuenta: Biodisponibilidad: Capacidad del contaminante de ser absorbido por los seres vivos. Esta varía en función de los procesos que se dan en el agente receptor como Solubilización, Retención, Acomplejamiento , Degradación , Eliminación. Movilidad: Capacidad del contaminante de moverse en y a través del sistema suelo- agua y otros relacionados. Persistencia: Capacidad del contaminante de permanecer en el suelo sin ser degradado. La capacidad de un suelo para auto depurarse, se da por varios mecanismos: Neutralización, Degradación biótica, Adsorción, Acomplejamiento, Insolubilización y Precipitación. La figura 49 muestra las diferentes rutas que puede seguir un metal pesado dentro del continuo suelo- agua-atmosfera. Figura 49. Ciclo de los metales pesados dentro del ecosistema Fuente: Universidad de Extremadura http://www.eweb.unex.es/eweb/edafo/GCSP/GCSL4CEMetalesPesados.htm , en UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Una vez que el elemento llega al suelo puede seguir diversas vías en el mismo. El ingreso en las cadenas tróficas puede hacerse mediante la absorción por las plantas o el lavado hacia las aguas freáticas. Por volatilización pueden pasar a la atmosfera y tener influencia sobre la respiración de los animales. Una vez allí ingresan al ciclo hidrológico y pueden ser recirculados una y otra vez por el sistema. La lluvia ácida es producto de ésta recirculación. Los elementos que son más volátiles son As y Hg. Otra fracción es retenida en el suelo en el complejo de cambio puesto que la mayoría se comportan como cationes. La adsorción- desorción es un proceso de doble vía controlado por la concentración relativa en la solución, el tamaño del ión, el radio de hidratación y la carga y es similar al intercambio de bases cambiables entre la solución del suelo y el complejo de cambio. La precipitación del metal en forma de hidróxido o de sal poco soluble, es una forma de inmovilización más activa. Da origen a la formación de minerales secundarios de menor solubilidad que las formas libres previas. En suelos no contaminados esta formación de minerales secundarios es muy pequeña o nula pero en suelos contaminados puede ser importante. Como ejemplos de este modo de fijación se encuentra la formación de wulfenita o molibdato de plomo o la franklinita (óxido de Fe y Zn). La adsorción por las superficies coloidales del suelo es otra forma de reducir la Biodisponibilidad de estos elementos. El molibdato puede ser adsorbido por los oxihidróxidos de hierro y aluminio con la misma intensidad que el fosfato, cuya magnitud conocemos. El estado de oxidación del compuesto juega un rol importante en la adsorción. Por ejemplo, el seleniato se absorbe más difícilmente que el selenito; la primera forma es la predominante en ambientes aireados de regiones áridas o semiáridas donde el lavado es muy escaso, en esas condiciones la toxicidad del Se es más alta que en regiones húmedas donde predomina el selenito. En este caso es de especial importancia el potencial de oxidación del suelo que cambia las formas presentes, de este modo el Cr (III) presenta una toxicidad más baja que el Cr (VI), pero además es menos móvil por su fijación al complejo de cambio como catión, mientras que la forma oxidada además de más tóxica es más móvil. Los medios reductores, como las áreas encharcadas, liberan cantidades importantes de S en forma de sulfuro que precipita muchos metales por lo que se consideran zonas acumuladoras de metales pesados y son las estategias del sistema GAIA para detoxificarse. La materia orgánica también puede acomplejar metales pesados formando compuestos organominerales como es el caso de los ligandos con oxianiones como el cobre. En otras ocasiones, el acomplejamiento en lugar de retener el ion tóxico, propicia su movilidad y absorción incrementando su toxicidad. Es el caso de la metilación UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades del mercurio que se produce con mayor intensidad en medios reducidos y marinos, razón por la cual se produce una gran acumulación en peces y de allí a través de la cadena alimenticia pasa a los humanos. Pero no siempre la metilación es negativa. En el caso del As y Se la metilación favorece la volatilidad de los elementos y por ende la descontaminación del suelo. La degradación biológica consiste en la descomposición que hacen de sustancias tóxicas, algunos microorganismos como levaduras, hongos y bacterias. Estos utilizan las sustancias contaminantes como fuente de energía, descomponiéndolas en productos inocuos, principalmente dióxido de carbono y agua. Una vez degradados los contaminantes, la población de microorganismos se reduce porque ha agotado su fuente de alimentos. Los bacillos gran negativos de los géneros Pseudomona, Neisseria, Moraxella y Acinetobacter son degradadores de moléculas como el DDT. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 15: Índices de Calidad y Degradación del Suelo En las lecciones precedentes hemos visto los diferentes procesos que se dan en el suelo y que conllevan a la formación, pérdida o contaminación del suelo así como a la expresión de atributos emergentes positivos del sistema como la fertilidad, productividad y sostenibilidad, o por el contrario de condiciones negativas como la salinidad, alcalinización, acidificación y contaminación. Se dice que hay un efecto negativo cuando el valor asignado para cuantificar un parámetro determinado se encuentra por debajo o por encima del valor estándar considerado normal. A continuación se incluyen algunos parámetros que ayudan a calidad de un suelo y su propensión a la degradación en el tiempo. determinar la 15.1 Salinización La cantidad de sales en el suelo se mide en términos de Conductividad Eléctrica, por cuanto una solución salina es conductora de electricidad. Cuanto mayor sea su capacidad de conducir electricidad, mayor será el contenido de sales disueltas. Los procesos de salinización se dan en forma natural a partir de la meteorización de las tocas y la alternancia de ciclos húmedos y secos. Pero factores externos como la labranza, aplicación de riego con aguas que poseen contenidos altos de sales y aplicación inadecuada de fertilizantes y enmiendas. La tabla 15 muestra los valores críticos de C.E. en el suelo que indican procesos degradativos. Tabla 15. Índice de Salinización Aumento C.E. dS/m/año <2 2-3 3-5 >5 CLASE Nula o ligera Moderada Alta Muy alta 15.2 Perdidas de MOS La formación de un centímetro de suelo agrícola lleva entre 100 y 400 años dependiendo de los factores y procesos de formación de suelo en un sitio específico. De igual manera, la cantidad de MO que logre acumularse y mineralizarse depende del tipo de cobertura y de la temperatura. En general, en climas cálidos y condiciones aireadas la mineralización prevalece sobre la acumulación. Por el contrario en condiciones de clima frío y húmedo prevalece la acumulación. Hemos visto como la labranza, los procesos erosivos , el uso inadecuado de microorganismos como biofertilizantes y el control agresivo de arvenses, conllevan UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades a perdidas aceleradas del horizonte orgánico del suelo y por tanto del contenido de MOS. La tabla 16 muestra los valores críticos de pérdida de MOS. Tabla 16. Perdida de Materia Orgánica del Suelo Grado de degradación biológica Nula o ligera Moderada Alta Muy alta Disminución M.O. % / año <1 1 – 2.5 2.5 – 5 >5 Estos valores deben interpretarse a la luz de las condiciones especificas del suelo y clima. Una pérdida de 1% de MOS no implica daño si hablamos de un suelo orgánico de clima frio con contenidos de MOS de 15 % o más. Sin embargo, en un suelo de clima cálido, donde el contenido normal de MOS oscila entre 3 y 4%, un 1% de pérdida por año implica un grado alto de degradación biológica. 15.3 Degradación por compactación En la medida en que se ha incrementando el uso de maquinaria pesada en las operaciones agrícolas el problema de compactación de suelos se ha ido haciendo más importante. En zonas agrícolas como los Llanos Orientales se presentan claros y definidos problemas de compactación, a 10-20 cm de profundidad, los cuales afectan la producción de cultivos, ya sea por dificultar el drenaje o por déficit de humedad al verse reducida la penetración radical por resistencia mecánica (Amézquita, 1998). En suelos del Valle del Cauca, cultivados en caña también empiezan a verse efectos negativos. Figura 50. Capas compactadas “Pie de arado” Autor: Amezquita ,E. y Galvis, J. citados por García, A.(2008) Consecuentemente, los métodos para diagnosticar dicho proceso de degradación deben tratar de evaluar la interacción de todos esos factores en relación con los problemas planteados. La metodología propuesta por Pla (1983) se basa en la determinación de los grados de compactación (índices de compactación) alcanzados al someter muestras de suelo, equilibradas previamente a diferentes contenidos de humedad, UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades a un proceso de compactación artificial (similar a la prueba de Proctor utilizada especialmente en ingeniería civil). Estos índices vienen dados por la combinación de 1) Los valores de densidad aparente, 2) Porosidad de aireación, 3) Tasa de difusión de oxígeno, y 4) Módulo de ruptura determinados en los cilindros de suelo compactados, y los cuales reflejan las condiciones de resistencia mecánica y aireación del suelo correspondiente a esos grados de compactación. Figura 51. Procedimiento para la determinación de Índices de compactación Autor: Madero, E. 2002. http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/2057/docs_curso/descripcion.html En La tabla 17 muestra los valores críticos de los índices más comúnmente utilizados para medir el grado de compactación de los suelos. Tabla 17. Algunos índices de Compactación del suelo PARAMETRO Valor crítico Densidad aparente > 1,4 g.cc-1 Infiltración < 1 cm.hora-1 Conductividad hidráulica < 1 cm.hora-1 Porosidad total 40-45% Microporosidad > 70% Penetrabilidad 17 kg.cm-2 Resistencia a la ruptura > 10 kPa Autor: Amezquita ,E. y Galvis, J. citados por García, A.(2008) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Fuentes Documentales de la Unidad 1 Fuentes Documentales de la Unidad 1 ACEVEDO, H. A. (12 de 2003). Fertilidad del suelo. Recuperado el 10 de 08 de 2010, de http://www.sap.uchile.cl/descargas/presentaciones/Fertilidad%20en%20cero%20labranza.pdf DURAN, A. (2004). Composición del Suelo. Universidad de la Repúblic, Faculktad de Agronomía. 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Se origina a causa de la combinación de factores como pendientes pronunciadas, clima, Tipo de cobertura y manejo, que interactúan con el suelo, cuyas propiedades edafogenéticas lo hacen más o menos susceptible a la degradación. La erosión es una forma severa de degradación física. Se estima que cerca del 80% de la tierra agrícola en el mundo sufre erosión moderada a severa y 10 % erosión ligera a moderada (Lal y Stewart, 1995 citados por Rivera, Sinisterra, & Calle, 2004). En América del Sur, casi 250 millones de hectáreas de terreno se encuentran afectadas por la degradación del suelo, siendo la erosión la principal amenaza con 68% del terreno afectado; unos 100 millones de hectáreas se han degradado como consecuencia de la deforestación, en tanto que unos 70 millones de hectáreas se han visto sometidas a procesos de pastoreo intensivo (PNUMA, 2000 citado por Leòn, 2004). El suelo es un sistema vivo que nace, se transforma, evoluciona y finalmente muere. Los procesos erosivos aceleran la evolución del suelo y traen como consecuencia la pérdida de la capacidad del suelo para realizar sus funciones ecológicas, por lo tanto, hay pérdida de la capacidad productiva y finalmente sobreviene la muerte. En los últimos 40 años, cerca de un tercio de los suelos agrícolas de la Tierra han dejado de ser productivos para usos agrícolas debido a la erosión. Más aún, dicho proceso de pérdida de suelo sigue ocurriendo a nivel mundial en unos 10 millones de hectáreas por año. La intensificación de la agricultura convencional en los últimos 50 años, caracterizada por una mayor mecanización y laboreo del suelo, ha contribuido en gran medida a agravar los procesos erosivos y a favorecer que las zonas altamente erosionadas sean más vulnerables a la desertificación (Pimentel et al, citado por Gonzàles, 2005). En la actualidad el uso de la tierra en Colombia adolece de incongruencias, ya que el 32.7% se sobreutiliza, el 29.7% se subutiliza y solo el 37.6% se utiliza correctamente; ello referido a las tierras intervenidas por el hombre 51.2% de Colombia (Malagòn, 2002). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El 40% del territorio colombiano presenta erosión de muy ligera a muy severa y la zona andina es la más afectada con 88% del área afectada por erosión hídrica (Olmos y Montenegro, 1987 citados por Rivera et al, 2004). Figura 52. Mapa de Suelos con Riesgo de Degradación (ISRIC, Wageningen) (Gonzàles, 2005) En esta unidad se describirán los diferentes tipos de procesos erosivos, sus causas y factores que inciden en una mayor ocurrencia y grado de severidad. La prevención de la erosión y la recuperación de suelos erodados solo es posible si las practicas de manejo y obras de contención y estabilización se llevan a cabo a fin de controlar la causa del fenómeno. Mientras se sigan atacando los efectos, todo proyecto de intervención resultará ineficiente. Así, se espera que el futuro profesional se apropie del conocimiento necesario para llevar a cabo la practica agrícola y agroforestal bajo la perspectiva de una agricultura de conservación enfocada a la prevención de la degradación de suelos más que a la recuperación de los mismos, pues ésta última resulta en la mayoría de los casos no solo difícil, si no, demasiado costosa y por tanto inasequible o económicamente inviable para la mayoría de agricultores. – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico CAPITULO 4: EROSION Hambriento, el hombre blanco acabará tragándose la tierra, no dejando tras de sí más que un desierto. Gran Jefe Seattle,1855. Lección 16: La erosión: Una problemática socio económica Se calcula que a nivel mundial, a través de su historia y con la intervención del hombre, se han perdido por degradación unos 2.000 millones de hectáreas de tierra, superando los 1.500 millones de hectáreas que actualmente se consideran apropiadas para uso agrícola sin limitaciones fuertes. En el presente, se pierden 5 a 10 millones de hectáreas en todo el mundo, por degradación temporal o permanente, lo que equivale aproximadamente a las nuevas que se incorporan anualmente a la producción agrícola para satisfacer las necesidades alimenticias creciente de la población mundial (Pla, 1988 citado por Rivera, 2007). El proyecto internacional "Global Assessment of Soil Degradation", 1991, (GLASOD) ha puesto de manifiesto el grave estado de degradación en que se encuentran actualmente los suelos en todo el mundo. Figura 53. Perdidas de suelo por erosión hídrica y eólica. GLASOD, 1991. Fuente: (IBAÑEZ, 2007) En el informe GLASOD se identifican cinco intervenciones humanas que han provocado la degradación de los suelos: deforestación y explotación de bosques (574Mha), sobrepastoreo (679Mha), manejo impropio de suelos agrícolas (552Mha), sobreexplotación de la vegetación para usos domésticos (133Mha) y actividades industriales (23Mha). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El área degradada en el trópico por diferentes procesos es estimada en 915 x 10 6 hectáreas por erosión hídrica, 474 x 106 por erosión eólica, 50 x 106 hectáreas por degradación física y 213 x 106 hectáreas por degradación química.(Rivera, 2005). La tabla 18, muestra las áreas del país afectadas por procesos erosivos: Tabla 18. Perdidas de suelo por erosión en Colombia INTENSIDAD Muy severa Severa Moderada Ligera Muy ligera Sin erosión Otras áreas AREA AFECTADA ( Has ) 829.575 8.875.575 14.706.795 26.337.546 5.637.950 55.583.310 2.259.049 LA SUPERFICIE CON RELACIÓN AL AREA TOTAL 0.73 % 7.79 % 12.90 % 23.11 % 4.96 % 48.53 % 1.98 % ( * ) Instituto Geográfico Agustín Codazzi. 1998. Suelos y Bosques de Colombia La erosión natural tiene unos límites para cada tipo de suelo. En suelos derivados de ceniza volcánica, se considera normal una pérdida de 1Tn de suelo ha -1 año-1. Más de 1 Tn se considera erosión acelerada y más de 3 se considera erosión severa. Bajo condiciones ideales de manejo del suelo, éste podría formarse a una tasa de una pulgada en cerca de 30 años, es decir, cerca de 0,8 mm año-1 (Hudson, 1971); bajo condiciones naturales, la tasa de formación podría ser de una pulgada en un rango que oscila entre 300 y 1.000 años (Pimentel et al, 1976); bajo prácticas agrícolas normales, la tasa de formación puede ser de 25 milímetros en 100 años (0,25 mm año-1). Los daños provocados por la erosión pueden ser clasificados como: Pérdidas del espesor de los horizontes Pérdida gradual de la fertilidad Variación paulatina de su composición mecánica Reducción de la actividad biológica Daños socio-económicos a las comunidades Contaminación ambiental. (Medina M.1989). La desertización, y los procesos erosivos relacionados con ella, implican una serie de consecuencias tanto ecológicas como económicas, entre las que pueden citarse: Pérdida de fertilidad en los suelos con la consiguiente disminución de las cosechas y pérdidas para todo el sector agrícola. En países poco desarrollados puede provocar hambrunas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Se facilita el transporte de sedimentos que pueden ir a parar a los embalses, provocando su aterramiento. Estos sedimentos rellenan los cauces de los ríos facilitando su desbordamiento con las crecidas y aumentado los daños que pueden ocasionar las mismas al ser más violentas. Además al sumarse a la masa del agua la de los sedimentos arrastrados, las posibles inundaciones tendrán mayor fuerza agresiva. Se produce un empobrecimiento de ecosistemas terrestres al disminuir el aporte de nutrientes de las plantas, soporte de cualquier ecosistema. También afectará a los ecosistemas acuáticos, tanto terrestres como marinos, ya que al incrementarse el volumen de sedimentos circulantes se produce turbidez en las aguas y disminuye así la producción fotosintética. El suelo retiene menos agua, lo cual no sólo lo empobrece, sino que al incrementarse al agua circulante en superficie, contribuye a aumentar el efecto de posibles inundaciones. (Gonzalez, 2005) Figura 54. Formas de afectación de la erosión. (Ayres, 1960) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Según Miranda (1992), citado por Antesana (2001), la erosión es aquel proceso de desprendimiento y arrastre de partículas del suelo provocado por la acción del agua, o del viento, o su remoción en masa. Se reconocen dos clases de erosión: La erosión geológica o natural, que se produce por la dinámica del medio ambiente, como el agua de las lluvias, la corriente de los ríos, el viento, el clima, la topografía. Esta erosión es imperceptible y tiende a buscar la estabilidad en la superficie del suelo y equilibrio entre el proceso de desgaste de la costra terrestre y la formación nueva del suelo. La erosión acelerada, es propiciada por el hombre al romper el equilibrio entre los suelos, la vegetación, el agua y los animales al transformar los ecosistemas naturales en agroecosistemas. En este proceso se alteran los flujos de la relación suelo-planta-agua. En consecuencia se produce un empobrecimiento químico del suelo, se reduce las poblaciones de microorganismos y empeoran las características físicas del suelo. Los agentes erosivos más importantes que actúan en la erosión acelerada son: La lluvia El viento Los ríos La temperatura Los animales El laboreo agrícola La tabla 19 muestra los datos de pérdidas de suelo por erosión hídrica en Colombia Tabla 19. Procesos de degradación hídrica de los suelos en Colombia (IDEAM,1998) PROCESOS Total Hectáreas % Escurrimiento superficial difuso leve, o disección incipiente y truncamiento de suelos 51.588.306 45,5 Escurrimiento superficial difuso y concentrado o disección moderada 12.564.047 11,1 Escurrimiento superficial concentrado o disección profunda 8.848.434 7,8 TOTAL EROSIÓN Remoción en masa fuerte 73.000.787 64,4 12.440.010 11,0 Remoción en masa moderada 5.797.737 5,1 899.492 0,8 TOTAL REMOCIONES MASALES Inundación, desbordes, sedimentación y socavamiento 19.137.239 16,18 17.591.229 15,5 Otros procesos 2.707.258 2,3 112.436.513 98,38 Remoción en masa leve TOTAL PROCESOS DEGRADATIVOS En Colombia se estiman pérdidas totales de suelo mayores a 480 millones de t/ha/año de los cuales los cultivos desprovistos de coberturas son responsables de cerca 80 % (FAO 1954, citado por LAL 1982). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 17: Erosión Hídrica Es provocada por el agua que sirve de vehículo para el arrastre de partículas y se diferencian varios tipos: a. Erosión por saltación o salpique: Ocurre por la saltación de partículas debido al impacto de las gotas de lluvia sobre el suelo descubierto. Este tipo de erosión da origen al sellamiento de la superficie del suelo por formación de costras. A su vez, las costras incrementan el escurrimiento del agua en superficie. La separación del suelo por la lluvia es el subproceso dominante en la erosión (Meyer et al., 1975 citado por de Andrade & Elizalde, 1992). Por tanto, la estimación de las pérdidas de suelo por salpique puede considerarse como una medida de la erosión hídrica. Se estima que basta la energía de una gota de lluvia de un mm de diámetro cayendo a su velocidad final para mover la arena fina por impacto (Eckern, 1950 Citado por Baver et al., 1973). En consecuencia 100% de la arena fina del suelo es erosionada por salpicaduras de las gotas de agua de lluvia. Partículas más grandes son arrastradas en menor porcentaje. Las partículas más finas son compactadas y producen oclusiones en la superficie Figura 55. Saltación por salpique. Tomado de Rivera 2008. La energía cinética del impacto de las gotas de lluvia provoca desplazamiento de partículas con alturas hasta de 61 cm y distancias laterales de 152 cm en terrenos planos (Schwab et al., 1971, citados por Anaya et al., 1977). Se estima que en un suelo desnudo, las lluvias fuertes salpican aproximadamente 25 t/ha de suelo. Ellison citado por Baver et al., 1973, propuso la ecuación para expresar la cantidad de erosión por salpicadura: E = KVdI Donde E es la cantidad relativa de suelo salpicado en treinta minutos, K es una constante del suelo, V es la velocidad de la gota de agua en pies por segundo, d el diámetro de la gota en mm, e I es la intensidad de la precipitación en pulgadas por hora (Rivera, 2007). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 56. Erosión por salpique . (Rivera P. H., Tipos de ersoiòn y sus causas, 2007). b. La erosión por escurrimiento: se presenta cuando el agua lluvia no alcanza a infiltrarse en el suelo, debido a que la intensidad del aguacero es mayor que la velocidad de infiltración o a que el suelo está saturado. El agua que corre en superficie ladera abajo, arrastra el suelo desprendido. Dependiendo de la pendiente del terreno, la cantidad de agua y el tipo de suelo, se presentan formas diferentes de erosión por escurrimiento: Erosión por escurrimiento difuso: Consiste en desplazamientos cortos de pequeñas partículas o en la formación de surquillos temporales. Erosión por escurrimiento difuso intenso: Consiste en el arrastre uniforme y casi imperceptible de capas delgadas de suelo por mantos de agua. A veces se forman redes de pequeños surquillos por las rugosidades de la superficie, que cambian su curso y su forma durante el aguacero. Es común aún en suelos resistentes a la erosión. Cuando el agricultor advierte este tipo de erosión las raíces de las plantas están desnudas y hay presencia de calvas en el terreno. Figura 57.Erosión por escurrimiento difuso. (Rivera P. H., Tipos de ersoiòn y sus causas, 2007). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades c. Erosión laminar: Se da por el arrastre uniforme de la capa superficial del suelo. Es un proceso gradual y acumulativo, perceptible solo en el tiempo cuando se evidencia por los parches en donde aflora el horizonte subsuperficial una vez se ha perdido el primer horizonte que es el horizonte agrícola. La pérdida de 1 cm de suelo superficial, representa la pérdida de 100 m 3/ha. Ese suelo tarda aproximadamente 400 años en formarse. Figura 58. Tipos de erosión d. Erosión en surcos: Corresponde a procesos avanzados de erosión laminar una vez se ha perdido la capa orgánica del suelo y se empiezan a formar surcos por donde el agua de escorrentía fluye generando cada vez mayor socavamiento. Es causada por escurrimiento concentrado del agua, que forma surcos más o menos paralelos, independientes y durables. Los cultivos sembrados en sentido de la pendiente facilitan la concentración de agua de escorrentía formando surcos. En pendientes menores de 20% los surcos pueden ser borrados con herramientas de labranza para evitar que aumenten de tamaño hasta formar cárcavas. Figura 59. Erosión en surcos. Rivera, 2007. e. Erosión en cárcavas: Corresponde al grado más avanzado de los procesos erosivos. En éste punto los surcos se juntan formando zanjas de gran tamaño que impiden el uso agrícola. Las cárcavas, son definidas como zanjas más o UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades menos profundas originadas por socavamientos repetidos sobre el terreno, debido al flujo incontrolado del agua que escurre ladera abajo (agua de escorrentía).Cuando evolucionan con crecimiento hacia arriba y hacia los lados de la ladera, toman el nombre de cárcavas remontantes. (Rivera,1996). Cuando las aguas de escorrentía no son controladas en las cabezas de las cárcavas, el proceso de socavamiento se vuelve dinámico en sí mismo en el sentido en que la cárcava comienza a agrandarse hacia la parte alta de la pendiente. En estos casos se les da el nombre de cárcavas remontantes. Figura 60. Erosión en cárcavas Cárcava remontante (Rivera, 2007). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 18: Movimientos en Masa Corresponde a desprendimientos de rocas y suelos más o menos saturados de agua, que ocurren por acción de la gravedad, hasta diversas profundidades y con velocidades muy variables. En estos casos, la masa de suelo se desprende sin necesidad de que exista un agente transportador como agua o hielo. Solo es necesario que las fuerzas desestabilizadoras superen a las fuerzas estabilizadoras (Tragsa- Tragsatec, 1998); sin embargo, el agua es el agente desencadenante al afectar tales fuerzas . Se incluyen dentro de esta categoría deslizamientos, derrumbes, coladas de barro, solifluxión, hundimientos, desprendimientos, golpes de cuchara, desplomes y avalanchas Los procesos gravitacionales o de remoción en masa cobraron mayor importancia en el mundo en las tres últimas décadas del siglo XX debido al considerable incremento en los daños y desastres relacionado con el avance de los asentamientos humanos hacia zonas peligrosas. Los conceptos teóricos que explican los procesos de remoción en masa han sido tratados por varios autores, estando entre los principales Sharpe (1938), Varnes (1958, 1978), Záruba y Mencl (1969), Crozier (1986) y Dikau et al. (1996), quienes consideran entre los factores principales la influencia del agua superficial y subterránea, la litología, la estructura geológica y el relieve, además de la sismicidad y la actividad humana. (Lugo-Hubp J. et al. 2005). De acuerdo con Terzaghi (1960) y Selby (1993) las causas de la ocurrencia de los procesos de remoción en masa se pueden dividir en dos: 1) Causas externas que producen un cambio en el campo de esfuerzos, pero no en la resistencia de los materiales y 2) Causas internas que disminuyen la resistencia de los materiales sin cambiar el campo de esfuerzos. (Alcántara I. 2000.). La tabla 20 muestra las pérdidas de suelo en Colombia por procesos de remoción en masa. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 20. Pérdidas ocasionadas por Movimientos en masa en Colombia entre 1981 y 1987 Los procesos de remoción en masa ocurren cuando las fuerzas externas o motoras exceden a las fuerzas internas o resistentes. Según Hutchinson (1996), existen cuatro tipos principales de procesos de remoción en masa: caídos, deslizamiento, volteo y flujos. Caídos. Comprende el descenso rápido y libre de masas de suelo o roca con tamaño variable, en taludes con fuerte pendiente o en acantilados. El movimiento puede incluir: caída libre, rodamiento, y rebotes. Deslizamientos. Son movimientos relativamente rápidos del talud en los cuales la masa de suelo o roca se mueve a lo largo de una o más superficies bien definidas y que definen la geometría del deslizamiento. a) Deslizamiento rotacional. Se presenta por corte sobre una superficie de falla curva (circular o lístrica) y el movimiento se presenta a moderada velocidad. b) Deslizamiento traslacional. Se presenta a lo largo de una superficie relativamente plana, en taludes formados por materiales secos y sin cohesión que yacen con una inclinación mayor a su ángulo de reposo, en suelos o en rocas. También se observa en rocas masivas cortadas por discontinuidades, tales como: estratificación, fallas, fracturas o discordancias. Cuando el movimiento se presenta a través de la línea de intersección de dos discontinuidades el mecanismo de movimiento se denomina “por cuña”. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 61. Esquema de diferentes procesos de remoción en masa Volteos. Este mecanismo es común en masas rocosas con discontinuidades casi verticales y ocurre cuando la resultante de las fuerzas aplicadas a un bloque pasa o cae fuera de un punto pivote en la base del mismo y alrededor del cual se produce el volteo. Flujos. Son movimientos plásticos o fluidos, en agua y raramente en aire, en los cuales la masa se rompe y fluye durante el movimiento. En muchos casos este proceso comienza como caída, deslizamiento o volteo y posteriormente es transformado en flujo. Existen varios subtipos entre los que se encuentran: 1) Reptación, 2) Solifluxión, 3) Flujo de lodo, 4) Flujos de detritos y 5) Avalanchas. Los Derrumbes, son desmoronamientos progresivos que se desplazan violentamente hacia abajo en zonas pendientes por efecto del agua y la fuerza de gravedad. Se da un socavamiento en la base del talud por efecto del agua que cae y crea un remolino. Es lo que se denomina erosión en negativo. Las coladas de barro ocurren por sobresaturación de la capa superior de suelos delgados que sobrepasa el límite líquido. Cuando ocurre en terreno muy pendiente, toman el nombre de golpe de cuchara. El sobrepeso de animales, y construcciones y principalmente los focos de infiltración, favorecen la formación de coladas. La Reptación es el deslizamiento del suelo hasta la profundidad de raíces. Generalmente es un proceso que se va dando progresivamente a través del tiempo pero que puede acelerarse en presencia de una precipitación intensa y prolongada. Se evidencia por las terracetas que forma el tránsito de ganado y por el deslizamiento del suelo junto con árboles, postes y cultivos enteros. Si el movimiento de suelo es más profundo que la profundidad de raíces, se denomina solifluxión. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La Solifluxión se presenta en laderas con suelos blandos y poco coherentes, que reposan sobre estratos blandos, susceptibles a fluir en forma viscosa ante la presencia de cantidades apreciables de agua intersticial. La velocidad del proceso puede variar desde unos centímetros hasta varios metros al año, y se favorece por la presencia de arcillas. Por lo general el fenómeno, afecta toda la infraestructura que reposa sobre la masa afectada. Los problemas de solifluxión son ocasionados por aguas internas provenientes de infiltración o corrientes subterráneas. Se detecta por la presencia de postes o árboles inclinados, hundimientos suaves que forman terrazas que avanzan varios centímetros por año y agrietamiento de viviendas y construcciones. Si se propician socavamientos se agrava el problema y se pueden presentar desplomes, hundimientos, deslizamientos o derrumbes (Rivera, 2007). Los Hundimientos, son movimientos de la masa de suelo, que pueden ser rápidos o lentos. Los rápidos son causados por el lavado diferencial de materiales del suelo, por solifluxiones, socavaciones, o por fallas de los estratos subyacentes; se presentan en áreas con minas, con calizas en cavernas subyacentes y en áreas con corrientes subterráneas artesianas en estratos de materiales con estabilidad baja. También pueden producirse por excavaciones para construcciones, alcantarillados, entre otros. Los hundimientos lentos ocurren por consolidaciones naturales o sobrepeso UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico Figura 62. Movimientos masales. Rivera, 2006. – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 19: Factores que intervienen en los movimientos masales Los factores que favorecen la presencia de los procesos de remoción en masa se pueden resumir en la geología (con la presencia de materiales débiles y estructura con fracturas); los procesos físicos (principalmente la precipitación, sismicidad y erupciones volcánicas); la morfología (en especial las pendientes resultado de la tectónica y la erosión) y la actividad antrópica (como consecuencia de los cambios en el relieve y sus elementos), todos ellos ocasionan el rompimiento del equilibrio entre las fuerzas internas y externas que determinan la estabilidad de las laderas (Alcántara, 2000. ). Geología y Material Parental Esquistos: Favorecen los procesos de deslizamiento y flujo de corta o larga extensión según sea la consistencia de la roca plegada, la inclinación, fractura y grosor de la corteza de intemperismo, que puede desestabilizarse fácilmente. La conservación de esta corteza en condiciones montañosas se debe a que está protegida por una densa vegetación de bosque, que al mismo tiempo contribuye a su desarrollo. La desestabilización en suelos originados de éste tipo de material se debe en gran medida a deforestación para cultivos o para la construcción de carreteras y construcciones que rompen el equilibrio del talud natural. (Lugo-Hubp J. et al. 2005). Rocas sedimentarias: Las lutitas, limolitas y areniscas, en estratos de grosor delgado a medio, presentan poca resistencia al intemperismo y a la erosión, a lo que contribuyen los factores estructurales, como la inclinación de las capas en ángulo de más de 15º, las fracturas y el contacto entre estratos de diferente competencia por los cuales se infiltra el agua. Estas rocas reúnen condiciones favorables para el desarrollo de procesos de caída y deslizamiento, principalmente. Si a las condiciones de estratigrafía se agrega el relieve de vertientes altas y empinadas, se tendrá una fuerte propensión a procesos gravitacionales, deslizamiento, flujo y combinaciones de éstos. En los casos en que las lutitas se encuentran formando parte de la columna estratigráfica en condiciones de alta energía del relieve, en laderas montañosas o valles erosivos, resultan muy favorables para los procesos gravitacionales, por sus propiedades y por su contacto con otras rocas. (Lugo-Hubp J. et al. 2005). Calizas: Se presentan en estratos delgados a gruesos y son poco resistentes debido a su estructura. Sin embargo dentro de las rocas sedimentarias son las más resistentes a la erosión UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Rocas volcánicas: Las capas de sedimentos volcánicos de diferente porosidad influyen en los procesos gravitacionales, porque aquéllas que son permeables se saturan al ocurrir lluvias voluminosas, mientras que las impermeables ocasionan la concentración del agua en la capa contigua (Capra et al., 2003, citado por LugoHubp J. et al. 2005). Hay que considerar también la zona limítrofe entre depósitos volcánicos y rocas sedimentarias, donde el contacto geológico, la inclinación de las capas y la pendiente del terreno son factores de inestabilidad. Las cenizas volcánicas son materiales muy resistentes a la erosión natural pero altamente susceptibles a la compresión, por lo que bajo usos inadecuados y exceso de carga terminan por desestabilizarse. Material parental: cenizas volcánicas sobre esquistos grafíticos muy inestables. Al contacto con agua se vuelven lisos generando planos de deslizamiento. Clima: régimen de lluvias Bimodal. Precipitación anual promedio 2300 mm. Vegetación: Pasturas Área afectada: 34 hectáreas Causa: Aguas de escorrentía y subsuperficiales que generan alta presión de poros. Las aguas de escorrentía socavan continuamente los taludes de la cárcava ocasionando un proceso remontante. Los esquistos forman planos de deslizamiento Figura 63. Cárcava Remontante del Tablazo, Manizales, Caldas Autor: S. Gómez, 2007 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Relieve La influencia del relieve en los procesos erosivos y de remoción en masa radica principalmente en la altura de las laderas y su gradiente, mismos que al conjugarse con el factor geología (litología y estructura), condicionan los procesos en cuanto a su tipo y magnitud. Figura 64. Deslizamiento en Venezuela. Cortesía de USGS (2003) Michael Ritter (mritter@uwsp.edu) Last revised 11/06/05 Clima Las condiciones climáticas de las zonas húmedas y sub húmedas, permiten la presencia de agua en abundancia, que origina el desarrollo de una densa vegetación de bosque tropical y subtropical, la cual protege el suelo al asimilar el agua de lluvia y reducir la infiltración. El escurrimiento superficial, o la infiltración somera o profunda del agua, son condicionados de manera importante por la geología. En esto juegan un papel importante los contactos entre rocas distintas, el grosor de las capas, su inclinación y otros elementos. Una vez, la vegetación desaparece, la escorrentía aumenta, el agua infiltrada se acumula en los estratos inferiores debido a que el balance por EVT y drenaje hidráulico que provee la vegetación, desaparece al igual que el amarre de estratos del suelo por las raíces. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Así, el peso excesivo del suelo saturado por agua que no ha sido evacuada desemboca en un desprendimiento de masas de suelo o en la ocurrencia de flujos de lodo. Vegetación Según Yet Temple y Rapp (1972) citados por Morgan, 1986, menos del 1% de las cicatrices de deslizamientos se presentan en áreas boscosas, 47% están en terrenos cultivados y otro 47% en terrenos en barbecho. La asociación de la erosión y los deslizamientos con la tala del bosque para la agricultura, queda así muy clara (Morgan, 1986). La tala del bosque para pasturas, causa una declinación sobre la resistencia al cortante tangencial de los suelos en un período de 5 a 10 años, necesarios para la pudrición de las raíces.(Rivera, http://ecoambientes.tripod.com/id11.html. ) La vegetación arbórea y arbustiva permite que se presenten sistemas radicales de anclaje mayor en lo profundo y hacia los lados en el perfil del suelo, aumentando su resistencia a la ruptura, fracturación o fallamiento y con ello la estabilidad del terreno a los movimientos masales. (Rivera, 2001). Nótese el terreno estable bajo vegetación natural de bosques y la presencia de procesos erosivos en el área deforestada, los cuales están siendo tratados con obras de infraestructura inadecuadas (pantallas de concreto) en donde además no eran necesarias. Figura 65. Barrio El Caribe, Manizales Caldas Colombia (Septiembre 10 de 2006). Autor: Dr. Horacio Rivera Posada. Infraestructura UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Las construcciones que se sitúan en zonas peligrosas favorecen o aceleran los procesos gravitacionales por la deforestación, el peso de las construcciones, el drenaje, la modificación del perfil de las laderas y del régimen hidrológico y la no utilización de canales de recolección de aguas lluvia en los techos de las viviendas Figura 66. Erosión causada por aguas lluvia no canalizadas. Nótese la ausencia de canales de aguas en los techos. Autopista Sur, Cali, Valle. S. Gómez, 2007. Factores Antropogénicos: Deforestación, presas de tierra, excavación y minería, irrigación, infraestructura y construcción de estructuras, disposición de líquidos (sanitarios, alcantarillados, letrinas), apilamientos de suelos y rocas. Figura 67. Procesos Activos de Remoción en masa UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 20. Otros tipos de Erosión 20.1 Erosión eólica Es aquella causada por la acción del viento, capaz de arrastrar las partículas de suelo y depositarlas en otro lugar. Se da en terrenos sueltos, localizados en regiones con variaciones altas de temperatura, poca precipitación y predominio de vientos fuertes. Los factores que la favorecen son los siguientes: Climas con regímenes secos , semidesérticos o desérticos Velocidad del viento y escasa cobertura Excesivo laboreo del suelo Sobre pastoreo de la cubierta vegetal Suelo suelto, seco y desestructurado Superficies extensas sin barreras vivas o cortinas rompevientos. La erosión eólica puede evidenciarse por la formación de superficies uniformes de los taludes, en donde los finos del suelo han sido arrastrados por el viento, quedando en superficie los agregados más gruesos, sin presencia de surquillos en los taludes y con formación de estoraques Figura 68. Estoraques y formación de superficies lizas con gruesos en superficie, típicos de erosión eólica. S. Gómez, 2008. El tipo de movimiento de las partículas depende de su tamaño: El deslizamiento superficial: se refiere al rodamiento o deslizamiento de partículas gruesas (diámetro entre 0,5 y 1 mm). La cantidad de suelo removido por saltación y deslizamiento superficial es proporcional a la velocidad del viento al cubo (Zingg et al., 1965 citado por Anaya et al., 1977). La suspensión: Se relaciona con las partículas menores de 0,1 mm, la cual es iniciada por el impacto de las partículas en saltación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Uno de los modelos más aplicados para estimar la erosión eólica es la ecuación de la erosión eólica WEQ. Según este modelo la tasa de erosión eólica dependerá de cinco factores (Woodruff y Siddoway, 1965): ε` = (I’, K’, V, L’, C’) Donde: Erosionabilidad eólica del suelo I’: Representa el potencial de pérdida de suelo y depende de la granulometría de éste. Se expresa en Mg.ha -1año-1 y se determina clasificando el suelo dentro de un grupo de erosionabilidad (8 posibles) según las propiedades de la superficie del suelo, y a partir del porcentaje de agregados del suelo seco mayores de 0,8 mm. Las propiedades más importantes del suelo, en relación a la erosión eólica, son: 1) textura del suelo, 2) contenido en materia orgánica, 3) contenido en carbonato cálcico, 4) estado de humedad del suelo, y, 5) estabilidad estructural. El índice toma un valor mínimo de 0 (suelos con alto contenido en elementos gruesos en la superficie o húmedos) y un valor máximo de 310 (suelos arenosos, y con porcentaje de agregados del suelo seco mayores de 0,8 mm del 1 %). Rugosidad del suelo, K’: cualquier irregularidad de la superficie del suelo (macro relieve o micro relieve) representa un obstáculo para la circulación del aire. Longitud del terreno, L’: hace referencia a la longitud efectiva recorrida por el viento. Factor de vegetación, V: se obtiene considerando tres subfactores: el porcentaje de residuos superficiales del suelo, la clase de cobertura vegetal (densidad, superficie y altura); y, la orientación, uniformidad, distribución y ancho de la vegetación. El factor climático, C’: el factor climático según el modelo planteado por Woodruff y Siddoway se cuantifica según la expresión: C = 386 x (V)3 x [PE index]-2 Donde: V: velocidad media del viento corregida a una altura de 9,1 metros PE index : índice precipitación-evaporación de Thornthwaite PE index = I a XII . 3,1606 x (P/(1,8 x T+22))1,111 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades P: precipitación media mensual en milímetros (Para P 13 mm) T: temperatura media mensual en ºC (Para T -1,7º C) (Tomado de: ocw.upm.es/ingeniería-agroforestal/...a-la.../EROSION-EOLICA.pdf) La erosión eólica puede mitigarse de forma notable con el uso de coberturas vegetales e incorporación de materia orgánica, lo cual mejora la agregación de partículas y genera una superficie rugosa que opone resistencia al arrastre por acción del viento. 20.2 Pisoteo por pastoreo- erosión en terracetas Existen consensos importantes sobre los impactos más preocupantes de la ganadería, entre los que se destacan la deforestación de los bosques tropicales, la erosión y compactación de los suelos frágiles, las emisiones de gases nocivos para la atmósfera (efectos de invernadero y daño en la capa de ozono), polución de aguas, eutroficación de zonas costeras, cambios en la cobertura vegetal, disminución de la biodiversidad (plantas y animales), y el uso de recursos no renovables, tales como la energía fósil y fertilizantes (Sadeghian, 2002). Los diagnósticos ambientales de carácter nacional demuestran que las cinco grandes regiones biogeográficas colombianas (Andina, Caribe, Amazonia, Orinoquia y Pacífica) tienen problemas de potrerización acelerada. Estudios realizados por la Fundación CIPAV tanto en la zona cafetera (1300 a 1800 msnm), como alta montaña (1800 a 3000 msnm), se evaluaron las características del suelo de los diferentes agroecosistemas, incluyendo los ganaderos. Se encontró que el establecimiento de los sistemas ganaderos afecta la biodiversidad, modifica el balance de los nutrientes, aumenta la compactación en un tiempo relativamente corto (menor que 2 ó 3 años), reduce el volumen de los espacios porosos, disminuye la velocidad del flujo del agua y propicia la erosión. El proceso erosivo también está influido por los organismos vivos en forma directa e indirecta. En forma directa, el pisoteo disgrega las rocas y el suelo, haciendo que el material suelto sea más fácilmente transportable por el agua y el viento, generando fenómenos de reptación. Se presenta en potreros con exceso de carga o sobre pastoreados. Son comunes los caminos en curvas paralelas a la pendiente dejados por el paso continuo del ganado. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El peso de los animales compacta el suelo, destruye la cobertura vegetal y origina a menudo calvas, surcos y cárcavas que dan lugar en zonas de ladera a otro tipo de degradación hídrica que son los movimientos masales en zonas de ladera principalmente (Rivera,2007). En forma indirecta, al comer total o parcialmente la vegetación que lo protege, con lo que aumenta la susceptibilidad del suelo a la erosión. Las terracetas posteriormente desembocan en procesos erosivos en surcos y cárcavas. Figura 69. Erosión en terracetas o “pata de vaca”. Rivera, 2007. 20.3 Erosión en zonas costeras El embate de las olas sobre los suelos continentales, genera procesos erosivos naturales que dan origen a las geoformas características de las líneas costeras. Los principales factores causantes de la erosión costera son el viento, tormentas, olas, mareas y corrientes litorales. El viento arrastra grandes cantidades de materiales no cohesivos (limos y arenas) no solo hasta la playa sino tierra adentro formando dunas. Además crea olas superficiales. Las tormentas estacionales crean un oleaje mucho más fuerte y alto que erosiona las líneas costeras formando escarpes de erosión de entre 30 y 50 cms. En muchos casos las playas se recuperan y vuelven a su forma original. En el caso de los acantilados, la erosión causada por el oleaje y la escorrentía asociada, es irreversible. En las zonas de desembocadura de los ríos se originan depósitos de sedimentos favorecidos por la deriva litoral. El cambio climático ha ocasionado un incremento en el nivel de los océanos y este a su vez ha ido cambiando las geoformas de las líneas costeras a nivel mundial. Además de estos procesos que son naturales, la intervención humana ha generado también procesos no solo de degradación si no de contaminación en las áreas costeras. Los impactos de la erosión se han sentido con la pérdida de cientos de kilómetros cuadrados de terreno dedicados a la agricultura y la ganadería, como se ha documentado suficientemente para punta Arboletes, en los límites de los departamentos de Córdoba y Antioquia , al igual que en la antigua desembocadura UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades del río Turbo en el golfo de Urabá . En sectores acantilados de la costa de Antioquia, Córdoba y Atlántico han colapsado viviendas y otras construcciones y se han perdido ecosistemas de manglar en Cispatá y Mestizos (Córdoba). En la bahía de Barbacoas y de Cartagena se perdieron, o deterioraron, arrecifes coralinos y pastos marinos y en el Atlántico, como consecuencia de la construcción del tajamar occidental del río Magdalena, cientos de hectáreas de la ciénaga de Mallorquín y sus ecosistemas asociados, lo mismo que la flecha de Galerazamba (Posada & Henao, 2007). Dentro de las actividades humanas que afectan la zona costera se destacan la extracción de arenas y guijos en las playas o en el lecho de los ríos, lo que genera pérdidas de material necesario para nutrir de sedimentos las playas. Al desparecer se elimina el efecto de sus raíces que actúan como trampas de sedimentación y protección contra el oleaje, generando procesos de erosión acelerada. Igual ocurre con la deforestación de las dunas y sabanas. El mangle, es un ecosistema estratégico que brinda protección natural contra la erosión. Su tala indiscriminada ha dejado apenas unos pequeños remanentes en la parte final de algunos drenajes y en las ciénagas más importantes. La construcción de obras fijas en las zonas intermareales y en playas y dunas como muros de contención, tajamares, rompeolas y espolones, perturban los procesos de transporte litoral arenoso que se dan naturalmente en estas zonas. Muchas de estas obras se construyen para proteger carreteras, puentes, edificaciones, o como parte de la infraestructura portuaria, hotelera o urbana. El dragado de ríos o de la plataforma marina somera también altera el régimen de las corrientes y por lo tanto de transporte y distribución de sedimentos que llega a la zona litoral (Posada et al, 2007). Además, el crecimiento de asentamientos humanos que no cuentan con ningún sistema de recolección de aguas negras, aguas lluvia y basuras. La acumulación de escombros en los taludes incrementan su peso al acumularse allí mayor cantidad de humedad y finalmente esto desemboca en movimientos masales. Esta situación se presenta principalmente a lo largo del litoral antioqueño y cordobés y en las inmediaciones del municipio de Dibulla en el departamento de la Guajira (Posada et al, 2007). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico Figura 70. Procesos erosivos en líneas costeras Fuente: (POSADA. P. B.;HENAO,W. 2005) – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 5: EROSION ANTROPOGENICA La humanidad consume actualmente un 25% más de los recursos que la naturaleza produce anualmente. A este ritmo, en 2050, el consumo superará en un 50% la producción de la Tierra Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF), 2006 Lección 21: Degradación del suelo por mecanización: Compactación La compactación es la desaparición de parte del espacio poroso, especialmente de los macroporos, lo cual trae como consecuencia una menor aireación a nivel de raíces, menor capacidad para retener agua y nutrientes y finalmente una mayor impedancia para el desarrollo de las raíces (Jorajuría, 1996 citado por Smith, Hilbert, & Aucana, 2006). Las principales fuerzas de compactación son la lluvia, la maquinaria agrícola y la carga animal. La lluvia desintegra log agregados, dispersa la arcilla y favorece la compactación superficial, aumentando la densidad aparente de los primeros centímetros de suelo; este fenómeno está asociado con un bajo contenido de materia orgánica y altos contenidos de limo y sodio. EI efecto de la carga animal se concentra en los primeros cinco centímetros de suelo y se debe al peso del animal en relación a la superficie de contacto con el suelo (4,0 kg/cm2) en el que se posa. La maquinaria agrícola compacta el suelo en terrenos agrícolas y ganaderos a mayor profundidad que la Iluvia y la carga animal. EI arado deja una capa superficial suelta y un subsuelo denso debido a que aplica una presión que oscila entre 0,76 y 0,95 kg.cm-2(Agüero y Alvarado, 1983). El uso indiscriminado de labores de mecanización, ha llevado al desarrollo de capas subsuperficiales altamente compactadas, las cuales coinciden con la zona de mayor desarrollo radical para la mayoría de los cultivos. Esta situación genera un descenso en la permeabilidad del suelo al agua y al aire, así como también, una alta resistencia a la penetración, lo que origina una inhibición del crecimiento radical de las plantas que allí se establezcan (Florentino, 1989; Pla, 1990). Las raíces al no poder penetrar profundamente, provocan un aumento de la susceptibilidad de los cultivos a la sequía, un menor aprovechamiento de los nutrimentos y por ende, una merma en los rendimientos (Materechera et al., 1993 citado por Núñez & Cabrera, 2002). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 71. Desarrollo radicular de plantas sobre suelos compactados (Ortiz, 2003) Unger y Kaspar (1994), citados por Smith et al (2006), definen a la compactación superficial como la compactación producida en el horizonte arable y como subsuperficial a la producida por debajo de la profundidad normal de labranza. El tráfico de la maquinaria agrícola es la principal causa de compactación del suelo, la cual tiene carácter acumulativo (Keller, 2004). Durante la aplicación de cargas, las partículas del suelo son reorganizadas, decrece el espacio poroso y estas son llevadas a un contacto más cercano, incrementando la densidad de volumen; cambia la forma, tamaño y distribución de los poros, lo cual limita la capacidad de retención del suelo, el intercambio hídrico y gaseoso, y aumenta la impedancia mecánica (Berli, 2001; Gysi, et al., 2001 citados por (González, Iglesias, & Herrera, 2009). El tamaño y peso de las máquinas agrícolas, el uso de neumáticos inadecuados a altas presiones de inflado, la cosecha en condiciones de suelo húmedas y la generalización de la práctica de Siembra Directa, están provocando problemas de compactación en las capas superficiales y subsuperficiales del suelo (Smith et al, 2006). La compactación se cuantifica en términos de compresibilidad y compactibilidad. La compresibilidad del suelo se refiere a la facilidad con la cual decrece en volumen cuando está soportando una presión aplicada. La compactibilidad del suelo es la máxima densidad de volumen a la cual este puede ser comprimido por una cantidad de energía dada. 21.1 Factores que inciden en la Compactación Para un suelo dado, la distribución de la compactación en el perfil, es función de la carga aplicada, la presión ejercida por el rodado, el estado de humedad y la UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades intensidad de tránsito recibida (Raper y Erbach, 1990 citados por Smith et al, 2006). A continuación, se mencionan los factores que inciden en la susceptibilidad de un suelo a la compactación: La naturaleza geológica del suelo: La geología de la roca caracteriza sus propiedades físicas y mecánicas, las cuales influyen en su compresibilidad y compactibilidad. La resistencia a la compactación está en función de la textura, estructura, contenido de MOS y humedad del suelo (Alakukku, et al., 2003). Los suelos arcillosos son más susceptibles a la compactación que los arenosos, a su vez los suelos sueltos lo son más que los ya transitados o duros (Botta, 2002; Gupta y Allmaras, 1987 citados por González et al, 2009). El Contenido de Humedad del suelo: La compactibilidad aumenta con el contenido de humedad. Durante la aplicación de presiones al suelo, a medida que esta aumenta hasta alcanzar la humedad crítica de compactación, mayor compactación se provoca. Durante las labores agrícolas, es deseable que la humedad del suelo sea inferior al límite plástico (LP); varios autores consideran que el contenido de humedad más apropiado es de 0,8 a 0,95 LP (Keller, 2004). El contenido de MOS: La MO mejora la estructura del suelo porque favorece la formación y estabilidad de agregados, aumenta la porosidad total, disminuye la densidad de volumen, mejora la actividad biológica del suelo y propicia que el suelo retenga mayor humedad. Al retener mayor humedad, se incrementan los límites de consistencia del suelo, aumentando el intervalo de humedad al cual se puede trabajar. Así contribuye a disminuir su compactibilidad. El tipo de MOS también incide, siendo el material parcialmente descompuesto y altamente humidificado el que ayuda al incremento de la resistencia del suelo a la compactación. La lluvia y los ciclos de humedecimiento y secado: El humedecimiento favorece una disminución de la densidad de volumen, debido a que la presencia de agua en los poros amortigua y dificulta el acercamiento de las partículas del mismo, estos se expanden y disminuye el efecto de la compactación. Durante el proceso de secado se contrae el suelo, disminuye su volumen y favorece el incremento de la densidad. Los suelos arcillosos son más susceptibles a los ciclos de humedecimiento y secado que los demás suelos (Hamza y Anderson, 2005 citado por González et al, 2009). 21.2. Factores inherentes al tráfico de maquinaria que inciden en la compactación del suelo La influencia de las máquinas agrícolas en la compactación se expresa a través de la acción de: presión sobre el suelo, peso sobre los sistemas de rodaje, número de pases, velocidad de desplazamiento y patinaje; los cuales actúan sobre las UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades condiciones prevalecientes en el terreno (Hakansson, 1988; Hamza y Anderson, 2005; Keller, 2004). La presión sobre el suelo (Ps) que ejerce la máquina agrícola: Está determinada por el peso sobre los sistemas de rodaje (W) y características de su construcción, presión de inflado del neumático (Pi), y las condiciones prevalecientes en el suelo. A medida que se incrementa la presión sobre el suelo, aumenta la densidad de volumen y resistencia a la penetración (Gupta y Allmaras, 1987; Hamza y Anderson, 2005). La compactación de la capa superficial del suelo, está relacionada con la presión sobre el terreno, mientras que la compactación a mayores profundidades está relacionada con el peso sobre los sistemas de rodaje determinando este, la intensidad a la cual estas presiones decrecen con la profundidad. La compactación del subsuelo debido al tráfico del tractor está directamente relacionada al peso sobre el rodaje, independientemente de la presión sobre el suelo, aún para neumáticos duales o de diferentes dimensiones (Botta, 2002; Chamen, 2003 citados por González et al, 2009). Las altas presiones de contacto rueda/suelo aparecen como uno de los factores responsables de la alteración de la densidad aparente, al punto tal de presentar los siguientes perjuicios (Montovani,1987): Demora en la emergencia de plántulas Plantas de menor altura que la normal para el cultivar Hojas con coloraciones no características Sistema radicular superficial Malformación radicular Encostramiento del suelo Encharcamiento Erosión excesiva Aumento en la demanda energética para trabajar ese suelo (Smith et al,2006) Distintos autores consideran que una presión de 15 psi (105.48 kPa), sería el límite máximo admitido para evitar los procesos de compactación. La Presión de Inflado del neumático: A medida que se incrementa la presión de inflado del neumático, menor es el área de contacto debido a una mayor rigidez del mismo, lo que origina un aumento de la deformación del suelo y de la densidad de volumen, transmitiéndose mayores tensiones y a más profundidad (Domínguez, 1986; Domínguez 1987; Marsili, et al., 1998 citados por (González el al, 2009). Las tensiones que se originan en la capa superficial están relacionadas con la UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades presión de inflado, sin embargo en el subsuelo el efecto de la presión de inflado no es significativo (Keller, 2004; Kirby, et al., 1997) Número de pases de labor: A mayor número de pases mayor será la compactación y el volumen de suelo afectado. Durante el tránsito de una máquina agrícola, cuatro veces sobre la misma huella (suelo suelto o húmedo), tres cuartas partes del cambio en la densidad de volumen y casi el 90% del hundimiento se origina durante el primer pase, siendo mayor la variación mientras más suelto o húmedo esté el suelo (Alakukku, et al, 2003; Botta, 2002; Keller, 2004). Además, la profundidad de la capa de suelo que se compacta, tiende a hacerse más superficial en la medida que aumenta el número de pasadas, provocando la disminución de la profundidad a la que se originan valores críticos de impedancia mecánica (Botta, 2002; Servadio, et al, 2001 citados por González et al, 2009). En lo que se refiere a intensidades de tránsito, Douglas (1994) cita intensidades de tráfico anual para cultivos de plantas forrajeras de 110 a 186 Mg.km.ha -1 y de 32 a 88 Mg.km.ha-1 para cultivos de granos en hilera. Terminiello et al (2000) reportan intensidades de tránsito de 116,61 hasta 155,4 Mg.km.ha -1 para cultivos hortícolas, encontrando diferencias significativas en rendimiento a favor del tratamiento de menor número de pasadas (Smith et al, 2006). Alakukku (1997) concluye que en condiciones de suelo húmedo, el tránsito debiera ser reducido al mínimo indispensable y las presiones de inflado no debieran superar los 50 kPa. En cambio, Sánchez Girón (1996) recomienda que, si el número de pasadas de la maquinaria está comprendido entre 5 y 10 durante el ciclo vegetativo del cultivo, las presiones de contacto entre las ruedas y el suelo no debieran superar los 80 kPa (Smith et al, 2006) Velocidad de trabajo: El incremento de la velocidad de movimiento de la máquina agrícola disminuye la compactación debido al menor tiempo de carga (Pytka, 2003. Sin embargo (Marsili, et al,1998) expresan que a velocidades mayores de 7 km/h el efecto de las vibraciones sobre el suelo contrarresta la disminución de la compactación por el menor tiempo de carga del suelo (Alakukku, et al 2003). La tabla 18, muestra los cambios de algunas propiedades físicas del suelo por efecto de compactación debido al pase de maquinaria pesada que se encontraron en un ensayo llevado a cabo sobre un suelo ferralítico de la Habana, Cuba. El efecto del patinaje: Se manifiesta a través del incremento de la longitud del área de contacto y por el esfuerzo cortante sobre el suelo (Sánchez, 1996). El patinaje del tractor compacta solo una capa delgada del suelo superficial de hasta 0,05 m, su mayor efecto se aprecia a partir de 20 y hasta 30% de patinaje, disminuyendo la presión sobre el suelo del vehículo (Hamza y Anderson, 2005). Con patinajes superiores al 30% la densidad de volumen disminuye porque la rueda excava el terreno y lanza hacia atrás el suelo (Sánchez, 1996 citado por UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades (González et al, 2009). Alakukku, et al. (2003) citados por González, recomiendan un patinaje máximo de 10%, para evitar daños a la capa superficial y al subsuelo debido al esfuerzo cortante del neumático Tabla 21. Modificación de algunas propiedades físicas del suelo debido a compactación Autores: Claro, Monedero, Hernandez, & Sánchez (2000). Para el mismo ensayo, pudo comprobarse como los rendimientos de frijol mermaron en relación al número de pases de grada: Tabla 22. Efecto de la compactación sobre la producción de maíz y frijol Autores: Claro, Monedero, Hernandez, & Sánchez (2000). La compactación del suelo restringe el desarrollo de las raíces, reduce la infiltración de agua y su almacenamiento en el perfil del suelo y, de esta forma, limita el rendimiento de los cultivos. Bowen y Kratky (1985) encontraron en el cultivo de maíz que la compactación reduce en 40%, 30%, 20% y 10% la absorción de potasio, nitrógeno, magnesio y calcio, respectivamente. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La absorción de nutrimentos por las plantas depende, a su vez, de la disponibilidad de oxígeno en la rizòsfera, el cual es escaso en suelos compactados por tener un menor volumen de poros; en consecuencia, la aplicación de fertilizantes no corrige la deficiencia de nutrimentos en estos suelos (Porras, Victor)8 . Alakukku (1996) determinó que la compactación inducida por el tráfico vehicular persistía entre 3 y 11 años, en suelos con porcentajes de arcilla entre el 6% y el 85%, cuando el mismo fue transitado con altas cargas sobre el eje. Gameda et al. (1985) comprobaron, que el tráfico con altos pesos por eje, produce un aumento en la densidad aparente de los suelos, y que este efecto no puede revertirse completamente con una arada. Por otra parte, según Håkansson & Reeder, (1994), descompactar el suelo por debajo de la profundidad de arada normal es un problema cuya resolución, o al menos disminución, es siempre de alta honerosidad, generalmente complicado técnicamente por las altas demandas de potencia y equipos de labranza menos frecuentes y a veces imposible de resolver en términos económicamente viables (Botta, Balbuena, Draghi, Rosatto, & Claverie, 2002). 8 Víctor J. Porras es Ingeniero Agrónomo, Director de la División Campo del Ingenio La Cabaña Ltda. Ave. 8a. norte No. 22-48, Cali, Colombia UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 22. Degradación del suelo por labranza Según Lal (1982), el surgimiento de daños causados por la erosión en áreas cultivadas no es más que un síntoma de que fueron empleados métodos de cultivo inadecuados para determinada área y su ecosistema. El monocultivo y el uso de implementos de labranza inadecuados, dejan el suelo desnudo y lo pulverizan excesivamente, dejándolo en condiciones propicias para ser arrastrado por la lluvia y el viento. El impacto de las gotas de lluvia sobre el suelo desnudo provoca la saltación de partículas. Luego, el secado del sellamiento superficial, tiene como resultado el encostramiento del suelo, que puede dificultar o hasta impedir la germinación y emergencia de semillas de los cultivos sembrados. El encostramiento del suelo solamente se forma en condiciones de suelo desnudo. Suelos altamente susceptibles al encostramiento no presentan este problema una vez que se utiliza la siembra directa y sistemas de cobertura permanente del suelo. La función y objetivo de la labranza es el de proveer un ambiente propicio para el desarrollo de las plantas cultivadas. En esencia se trata de promover en el suelo, una serie de transformaciones regidas por fenómenos físicos, químicos y biológicos. Los fenómenos físicos que se busca provocar en el suelo mediante las labores de labranza son: a) Dar al suelo capacidad para el contenido de aire. (Incremento de macroporos) b) Aumentar la capacidad para almacenar la mayor cantidad de agua. (Incremento de microporos) c) Prevenir el lavado del suelo. (Incremento de la rugosidad) d) Tratar que el exceso de agua pueda penetrar al subsuelo evitando la escorrentía superficial. e) Consolidar el suelo mezclándolo con los restos vegetales y disminuir así, los efectos de la erosión Sin embargo, si las labores se hacen cuando el suelo no tiene un contenido de humedad adecuado o si se hacen de manera inadecuada de acuerdo a las características físicas del suelo, se pueden provocar efectos contrarios como generalmente ocurre. Cuando se evalúan la aptitud agrícola de una cierta área y la necesidad de introducir prácticas específicas de manejo, se deben observar una serie de características típicas del suelo in situ, que determinarán la susceptibilidad del mismo ante diferentes impactos físicos. La labranza del suelo y la aplicación de prácticas agrícolas inadecuadas provoca un impacto diferente en cada suelo dependiendo de factores como: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Topografía: Se caracteriza por los ángulos de las pendientes y por la longitud y forma de las mismas. Cuanto mayor es el ángulo de la pendiente de la tierra y la longitud de esa pendiente, mayor será la erosión del suelo. Un aumento del ángulo de la pendiente causa un aumento de la velocidad de escorrentía y con ello la energía cinética del agua causa una mayor erosión. Las pendientes largas llevan a una intensificación de la escorrentía, aumentando su volumen y causando así una erosión más seria. Además de los problemas de erosión, las áreas con pendientes agudas también presentan un menor potencial de uso agrícola, debido a la mayor dificultad o a la imposibilidad de la labranza mecánica y limitaciones de profundidad efectivo, siendo por lo general estos suelos muy superficiales. No obstante, los suelos pendientes son utilizados con frecuencia en la producción hortícola, en donde además de un laboreo intenso es común que los agricultores hagan los surcos de siembra en el mismo sentido de la pendiente a fin de favorecer el drenaje y evitar encharcamientos. Así, los procesos erosivos se intensifican dando lugar a erosión en surcos y remoción de grandes cantidades de suelo orgánico. Figura 72. Erosión laminar y en surcos en un campo agrícola de pendiente pronunciada. Propiedades de Dilatación y Contracción La propiedad de dilatarse y contraerse ocurre en suelos arcillosos que contienen arcillas 2:1 expansibles como la esmectita. Estos suelos son sometidos a considerables movimientos durante la dilatación y la contracción a causa de los pronunciados cambios de volumen con variaciones en el contenido de agua. Estos suelos se contraen y se resquebrajan cuando están secos y se expanden, volviéndose plásticos y adhesivos cuando están húmedos. El movimiento del suelo puede causar la formación de un microrelieve típico en la superficie (relieve gilgai). Los suelos expansibles presentan serios problemas para la labranza ya que tienen una consistencia inadecuada para ello, no solo cuando están secos sino también cuando están húmedos. Cuando están secos son suelos muy duros, haciendo que la labranza sea extremadamente difícil y requiriendo fuerza adicional del tractor, causando un mayor desgaste de los implementos y no permitiendo la formación de una buena cama de semillas ya que los terrones no se rompen. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En contraste, cuando estos suelos están húmedos, son extremadamente plásticos y pegajosos, siendo también en este caso de difícil labranza ya que el suelo se adhiere a las herramientas y aumenta la fuerza de tracción necesaria o impide también el pasaje de la maquinaria. La misma situación ocurre con suelos magnésicos. Figura 73. Relieve Gilgai http://picasaweb.google.com/lh/photo/XG_neWSMOHH_tHVQ7I1P3w Consistencia Se define como la manifestación de las fuerzas de adhesión y cohesión de las partículas del suelo bajo diferentes contenidos de humedad. Esta dada por la resistencia del suelo a la rotura, su plasticidad y su tendencia a adherirse a otros objetos. Los aspectos particulares de consistencia de un suelo están influenciados por la textura, el contenido de materia orgánica, la mineralogía del suelo y el contenido de agua. La determinación de la consistencia del suelo ayuda a identificar el contenido óptimo de agua para la labranza (ventana de labranza). Bajo condiciones ideales, el suelo para labranza debe ser friable, es decir blando y suelto cuando está a Capacidad de campo. Un suelo en estas condiciones no debería oponer resistencia a la labranza y no debería ser plástico ni pegajoso. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 74. Relación entre el contenido de humedad del suelo y la consistencia Cuando el suelo está friable, se minimiza el riesgo de pulverización, cementación, amasado, enlodamiento y formación de costras al realizar prácticas de labranza. Figura 75. Diferentes grados de humedad del suelo y su efecto al efectuar labranza Fuente: INTA La degradación del suelo por efectos de labranza también está en función del tipo de apero utilizado. Al desplazamiento y transporte resultante del suelo, a lo largo de los terrenos, se le llama traslado por labranza (Govers et al. 1999). En laderas, este traslado del suelo es facilitado por la gravedad. Si las operaciones de labranza son efectuadas en forma perpendicular a la pendiente, la erosión por labranza usualmente se reduce (Van Muysen et al. 2002). Aún así, este tipo de labranza sigue presentando movimiento de suelo hacia el pie de la pendiente (Mehuys , Tiessen, Villatoro, Sancho, & Lobb, 2009). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El empleo de técnicas inadecuadas de roturación y cultivo, el excesivo número de pases de laboreo y el uso de implementos y máquinas inadecuadas para las condiciones de suelos tropicales, han contribuido al incremento en el área de suelos degradados. Los implementos tradicionales para preparación de suelo sustentan su acción en los principios de volteo y corte vertical del suelo, que generan per se, efectos de amasado, inversión de horizontes, pulverización, formación de piso de arado y compactación. Cuando para la preparación de suelos se hace uso de los arados de disco y de vertedera, estos vuelcan el prisma del suelo dejando a la intemperie una masa orgánica acompañada de su microbiota. El efecto de la radiación solar directa no solo altera negativamente la MOS sino que, además, extingue la microbiota asociada a ella. También se pierde la humedad superficial del suelo y aparece la compactación (Lora, Sotto, Wong, & De Posada, 2005). Los arados de disco fueron diseñados para países de estaciones con el fin de aflojar el suelo aun congelado en la primavera y propiciar el descongelamiento completo para poder sembrar. En el trópico, el suelo no se congela. Por lo tanto no es necesario voltearlo. Por el contrario, el volteo de suelo causa la perdida de materia orgánica, la formación de costras y la inversión de horizontes. Hoy en día incluso se está revaluando el uso de este tipo de aperos en zonas de estaciones y se busca cambiar los equipos de labranza convencional por equipos de siembra directa. Figura 76. Arado durante el deshielo de primavera. Fuente: (INTA, 2010) En los Andes de Venezuela, Rymshaw et al (1997), observaron que las operaciones de control de malezas dentro de parcelas pequeñas y de ladera, contribuyen más al movimiento de suelo y piedras que la lluvia. En el sur de Ecuador, Dercon (2001) y Dercon et al. (2007) evaluaron la intensidad erosiva de la labranza, en sistemas agrícolas de producción comunes, en la región de los UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Andes, incluyendo labranza con disco y sistemas impulsados por animales. En ambos países, los investigadores encontraron que la erosión por labranza fue la mayor causa de la pérdida severa e insostenible de suelo observada en el campo (Mehuys et al,2009). Una terraza progresiva en una región productora de papa, en las faldas del volcán Irazú en Costa Rica. Nótese la diferencia de nivel (entre 1,5 y 2,0 m después de 40 años de cultivo) entre parcelas a consecuencia de la erosión por labranza. (Mehuys et al,2009). Figura 77. Erosión por labranza: Formación de terrazas por traslado de suelo Autor: (Mehuys et al,2009). Los arados de vertedera tienen como función fundamental la inversión del prisma del suelo, mediante una combinación de corte, desgarramiento, rotura y volteo del suelo, proceso mediante el cual entierran las malezas y rastrojos de los cultivos anteriores a la vez que traen a la superficie a los microorganismos del suelo, este proceso contribuye a la degradación del suelo por lo que no se recomienda su empleo frecuente y mucho menos en zonas de ladera (Lora et al, 2005). Dependiendo del tipo de apero utilizado, variara la cantidad de residuos de cosecha que permanecen en superficie . Estos residuos protegene el suelo de los procesos erosivos, de manera que cuanto mas incorporados quedan, mas desprovisto de protección queda el suelo. Figura 78. Degradación de suelo por laboreo agrícola. Argentina.(INTA,2005) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 23. Cantidad de residuos que permanecen sobre el suelo después de diferentes tipos de labranza (Stein et al, 1994 citado por FAO, 1997) La labranza en bandas que se realiza con los arados de disco, vertedera y con las rastras, forma surcos que quedan descubiertos. Los aperos de labranza vertical como los arados de cincel y el subsolador, provocan menor disturbación de suelo, evitan la inversión de horizontes y logran que en superficie quede una buena proporción (30% y más) de rastrojo. Con la labranza vertical no se forma el piso de arado mientras que la cobertura en superficie evita la formación de costras y la erosión por salpique. Además, al no invertir el suelo, el contenido de MOS y de humedad se mantiene creando condiciones optimas para el desarrollo de las plantas. La tabla 24 muestra la diferencia en rendimientos de maíz de acuerdo al tipo de labranza utilizado. Tabla 24. Contenido de humedad, cobertura y rendimiento de maíz bajo diferentes tipos de labranza. Oxford, USA, 1985 (Cook y Lewis,1989 citados por FAO, 1997). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 23: Degradación del Suelo por Prácticas inadecuadas de Riego El riego es una práctica agrícola de importancia sobre todo en zonas con baja precipitación. Los sistemas más ampliamente difundidos son el riego por aspersión y el riego por surcos, y en menor escala el riego por goteo. Cada uno de ellos presenta diferentes tipos y grados de afectación al suelo. Los caudales excesivos, el laboreo del suelo, el tiempo de riego inciden en la severidad de los procesos erosivos. Horta y Rodrigo (1978), citados por Peralta et al(1993), estimaron que la pérdida de suelo por riego puede ser del orden de entre 16 y 49 tn.ha-1.año-1 dependiendo del sistema de riego utilizado. Riego por Surcos Consiste en la construcción de un sistema de surcos que distribuye el agua por gravedad a través del área de cultivo y el agua se infiltra a través del perímetro mojado. Figura 79. Sistema de riego por surcos Este sistema genera no solo problemas de erosión por arrastre de sedimentos, ya que el agua corre en sentido de la pendiente, sino que genera también problemas e contaminación de aguas ya que los excedentes del riego arrastran sales y finalmente van a dar a los ríos a través de los sistemas de drenaje. En los terrenos pendientes, es necesario calcular el caudal máximo no erosivo (Qmne), que corresponde al máximo caudal que se puede aplicar a los riegos por surcos con pendiente para evitar una excesiva erosión con los consiguientes embancamientos en las acequias de desagüe. Su valor puede ser determinado a partir de ensayos de campo o bien empíricamente a través de la fórmula de Criddle, la cual entrega el valor en función de la pendiente longitudinal de los surcos, pero presenta como restricción que sólo puede ser utilizada con pendientes mayores a 0,2 % y menores a 1,2 % (ISRAELSEN, 1965). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Donde: Qmne = Caudal no erosivo en L.s-1 y S = % pendiente Otra estrategia diseñada para minimizar la erosión en riego por surcos es la adición al agua de un polímero denominado Poliacrilamida (PAM) cuya función es ayudar a la formación de agregados y por tanto el arrastre de partículas de suelo es menor. Se utiliza en dosis de 3 kilos por hectárea. Las dosis más altas se utilizan al inicio del cultivo cuando el suelo está mas suelto después del laboreo. A medida que el cultivo crece y el suelo se agrega, se puede disminuir la dosis. La eficiencia del riego por surcos es apenas de entre un 20 y un 30%. Por tanto siempre que sea posible debería escogerse otro sistema más eficiente como el riego por micro tubos o por goteo. Figura 80. Aplicación de Poliacrilamida en seco a la cabecera del surco antes de iniciar el riego. (LIDA & SHOCK, 2009) Salinización Todas las aguas de riego tienen un contenido mayor o menor de sales solubles. Sin embargo, en las regiones áridas, esa salinidad es con frecuencia mucho mayor. Si nos atenemos a los criterios de Roades (1992) , el riego con aguas con una CE inferior a 0,7 dS/m no debe acarrear ningún problema ya que las pérdidas por percolación profunda, en general superiores al 15% del agua aplicada, son suficientes para mantener un contenido aceptable de sales en la solución del suelo (Pizarro, 1985). Cuando se riega con agua cuya salinidad está entre 0,7 y 3 dS/m o incluso mayor, se requiere calcular un volumen adicional de “agua de lavado” para mantener un contenido salino sostenible. La Tabla 25 muestra los parámetros de calidad del agua para riego. Dependiendo de la textura del suelo hay mayor o menor restricción de uso. Se asume que los UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades suelos arenosos drenan más fácilmente y por lo tanto el riesgo de salinización es menor. Tabla 25. Niveles de Conductividad Eléctrica y contenido de cloruros, aceptables en agua de riego según la textura del suelo Frecuentemente, la salinización y sodificación son características de las zonas de regadío con escasa pluviometría, elevados índices de evapotranspiración o suelos con drenaje impedido, drenajes artificiales insuficientes o una textura del suelo que impide el lavado de las sales del suelo, por lo que las sales se acumulan en las capas superficiales. En las zonas costeras, la salinización puede ir asociada a la sobreexplotación de los acuíferos que se deriva de la demanda cada vez mayor de agua por efecto de la urbanización, la industrialización y la agricultura. La extracción excesiva de aguas subterráneas puede hacer bajar el nivel normal de los acuíferos y favorecer la infiltración de agua de mar. Cuando el agua disponible para riego es alcalina y supone riesgo de salinización del suelo, se debe optar por sistemas de riego localizado (riego por goteo) , o bien calcular el excedente de lamina de riego de lavado asegurando a la vez un buen drenaje y una baja concentración de sales fertilizantes en caso de realizar fertirriego. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 24: Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo La erosión hídrica es tal vez uno de los fenómenos de degradación de suelos más importantes en nuestro país. Es un proceso lento, gradual y acumulativo que en estado avanzado puede conducir a la ocurrencia de otros fenómenos como los flujos de lodo y la Remoción en masa. Las características mineralógicas de la roca madre, determinan en gran medida las características físicas y químicas del suelo que se forma a partir de ellas. Entre esas características se encuentra la resistencia a la degradación. Por tanto, si se conoce la roca de origen de un suelo, es posible hacerse a una idea de la susceptibilidad al deterioro que tendrá bajo manejos determinados. Además del material parental, otros factores como clima y pendiente, determinan la magnitud de los procesos erosivos. Wischmeier y Smith (1976), lograron definir la erosión Hídrica a través de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE): ε= R x K x L x S x C x P Donde: ε = erosión expresada en las unidades seleccionadas para K y el período seleccionado para R, generalmente toneladas (t) . Hectárea (ha)-1. año-1. R = Precipitación. K = Indicen de erodabilidad del suelo L = Longitud de la pendiente S = Grado de pendiente C = Cultivo (Uso del suelo) P = Practicas de conservación de suelo La USLE fue desarrollado para: Predecir el movimiento promedio anual de suelos desde una pendiente especifica, bajo condiciones de uso y manejo específicos. Orientar la selección de prácticas de conservación para localidades específicas. Estimar la reducción de pérdida de suelos que se puede lograr con cambios de manejo efectuados por el agricultor; y Determinar el largo máximo de pendiente tolerable para un sistema de cultivo determinado. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Es una ecuación empírica, calculada como modelo para la predicción de la erosión para suelos de Estados Unidos. Se considera universal por sus 6 parámetros pero a veces resulta complicada su aplicación a todos los suelos, en especial suelos ecuatoriales con alto contenido de MOS. Índice de Erodabilidad K El índice de erodabilidad K está en función de las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo y por tanto es específico de cada tipo de suelo, es decir que es también una propiedad emergente del sistema. Puede expresarse como: K= MOS, Textura (%limos, %arenas, %arcillas) , Estructura, Permeabilidad y Vegetación El factor K se entiende como la tasa de pérdida de suelos por unidad EI para un suelo específico, medido en una porción de terreno estándar (22.13 m de largo, 9% pendiente, en barbecho y labranza continua)(FAO,1993). Los limos y las arenas son partículas que permanecen sueltas y es la arcilla la que proporciona la cohesión. Cuando el valor de K es bajo, indica un suelo con mayor resistencia a la degradación. Por el contrario, un valor de K alto, indica una mayor susceptibilidad a la degradación. A mayor %MOS, menor será el valor K y mayor será la resistencia del suelo a la erosión. K se entiende como un factor pasivo a corto plazo, pero analizado en un periodo de más de tres años, toma un carácter dinámico para suelo con cultivos permanentes y es posible observar cambios. En suelos bajo pradera tiende a permanecer estable. El factor K representa el efecto de las propiedades del suelo y de las características del perfil del suelo en la pérdida de suelo. Los valores de K son asignados usando el nomograma de erodabilidad del suelo, que combina el efecto del tamaño de las partículas, %MO, código de la estructura del suelo y la clase de permeabilidad del perfil. Suelos de textura fina con alto contenido de arcilla tienen bajos valores de K (0.05-0.15), porque ellos son resistentes al desprendimiento. Suelos de textura gruesa tales como suelos arenosos, tiene valores bajos de K 0.050.2), debido al bajo escurrimiento, aunque estos suelos son fácilmente desprendibles. Suelos de textura mediana (franco limoso) tienen valores de K moderados (0.25-0.4), porque son moderadamente susceptibles al desprendimiento y producen moderados escurrimientos. El factor de erodabilidad del suelo se calcula con la ecuación del nomograma de Wischmeier. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Donde: K = Factor de erodabilidad del suelo [t./ha.MJ*ha/mm*hr] OM = Materia orgánica [%] S = Código de la estructura del suelo P = Código de permeabilidad M = Producto de las fracciones del tamaño de las partículas primarias o (% limo + % arena muy fina)*(100 - % arcilla) Tabla 26. Códigos de permeabilidad y estructura del suelo en función de su textura UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 81. Nomograma de Erodabilidad del suelo. (Jornadas Técnicas Milarium. MODELO DE LA ECUACIÓN UNIVERSAL DE PERDIDA DE SUELOS REVISADO RUSLE, 2004) Erosividad R El factor de erosividad de la lluvia, R, es el índice de erosividad presentado por Wischmeier y Smith (1978) y se define como la suma del producto de la energía cinética total y la intensidad máxima en treinta minutos por evento (Montes, Domínguez, & Ventura, 2000). Este producto también se le conoce como índice de Wischmeier, se expresa como: Donde: R= EI(30) = (Ec)( I30 ) EI30: Índice de erosividad para un evento en MJ.mm .ha-1.h-1 Ec: Energía cinética total de la lluvia en MJ. ha-1 = (210+89 log Intensidad 30 minutos). I30 : Intensidad máxima de la lluvia en 30 minutos en mm. h -1. (Debe tomarse valor ponderado de registros de los últimos 10 años). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades R es un factor activo, pues es un detonante de todo proceso erosivo. Es la lluvia quien provee el mecanismo de arrastre de suelo, por lo tanto en el análisis de éste factor se debe tener en cuenta que: La escorrentía es mayor en suelos con agregados menores de 0,5mm Las mayores pérdidas de suelos ocurren por dispersión de agregados Los valores más altos de K corresponden a suelos donde predominan los agregados menores de 5mm El valor de K aumenta cuando disminuye el valor de %MOS Suelos con estructura migajosa poseen mayor permeabilidad, un K más bajo y por lo tanto mayor estabilidad. Norman Hudson propuso la ecuación básica E = R x K. R y K se consideran factores “Determinantes”, ya que si el valor de los otros factores en la ecuación es de 1, los procesos erosivos dependen de ellos exclusivamente. Son factores inmodificables. Conociendo los factores R y K, es posible construir mapas de Isoerodabilidad e Isoerosividad en donde se mapifican unidades de Erosión potencial que dan a su vez origen a Unidades de Manejo. Pendiente S, L El factor de largo de la pendiente L, es la proporción de pérdida de suelos en el largo de la pendiente específica con respecto a un largo de pendiente estándar (22,13 m). También se define como la distancia desde el punto de origen de un escurrimiento hasta el punto donde decrece la pendiente al grado de que ocurre el depósito, o bien, hasta el punto donde el escurrimiento encuentra un canal de salida bien definido (Montes et al, 2000). El factor de magnitud de la pendiente S, es la proporción de pérdida de suelos de una superficie con una pendiente específica con respecto a aquella en la pendiente estándar de 9%, con todos los otros factores idénticos. Ambos factores se pueden unir en uno solo a través de la ecuación adimensional: LS = (x / 22.13)m (0.065 + 0.045S + 0.0065S2 ) Donde: x : Longitud de la pendiente, en m m: Exponente que depende del grado de pendiente S: Pendiente del terreno, en % UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El exponente de longitud de pendiente m, determina la relación entre erosión en surcos (causada por flujo) y erosión entresurcos (causado por impacto de gotas de lluvia), puede ser calculado con la siguiente ecuación: m = 0,1342 * L(θ) + 0,192 Donde: m = Exponente de la longitud de la pendiente θ = Angulo de pendiente [%] Cuanto mayor sea L, mayor energía cinética tendrá el agua de escorrentía y mayor será el arrastre de sedimentos. K, L y S se consideran como factores Pasivos. No son modificables y no actúan de forma directa sobre el proceso. Mas bien, lo potencializan o atenúan. Cobertura C El factor cobertura y manejo (uso del suelo), es la proporción de pérdida de suelo en una superficie con cubierta y manejo específico con respecto a una superficie idéntica en barbecho, con labranza continua. Es una variable adimensional. Practicas de Manejo P El factor de prácticas de apoyo P de conservación, es la proporción de pérdida de suelo con una práctica de apoyo como cultivo en contorno, barreras vivas, o cultivo en terrazas, con respecto a aquella labranza en el sentido de la pendiente. P y C se consideran como factores “Atemperantes” y son en últimas los que más influyen en los procesos de “erosión acelerada”. ε= R x K x L x S x C x P Factor Activo Factores pasivos Factores atemperantes UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 25. Ecuación de Resistencia al cortante tangencial Así como la Ecuación Universal de Pérdida de suelo sirve para explicar los procesos de erosión hídrica, los procesos de Remoción en masa están gobernados por la Ecuación de Resistencia al cortante tangencial de Coulomb (1773). S = C + ( - ) tan Donde: S: Resistencia al cortante tangencial del suelo C: Cohesión del suelo : Esfuerzo normal al plano de corte : Presión de poros : Angulo de fricción interna Esta ecuación permite modelar el fenómeno del deslizamiento y establecer la resistencia máxima del suelo al movimiento de sus partículas; es decir: la fuerza que se opone al deslizamiento o resbalamiento del suelo sobre sí mismo, la cual es impartida por las fuerzas cohesivas entre partículas y por la resistencia friccional entre estas cuando son forzadas a deslizarse (Gray y Sotir, 1996; Suárez,1998, citados por Rivera,2007). La Cohesión del suelo C está en función de la MOS, presencia de cementantes químicos y biológicos, raíces, hifas, estructura y textura del suelo. La presión de poros está en función de drenaje que a su vez depende de la porosidad, textura y estructura. El ángulo de fricción interna es propio de cada material, depende de la granulometría. Los suelos con valores de S muy alto son suelos muy resistentes mientras que un valor bajo indica un suelo muy susceptible a los movimientos masales. La ecuación está construida para trabajar la modelación sobre el horizonte estable, es decir sobre suelo firme excluyendo el primer horizonte orgánico. Lo válido es que permite calcular el punto de falla o fractura. Cuando hay árboles amarrando el terreno, este influye sobre todos los componentes de la ecuación menos sobre el ángulo de fricción. La presencia de raíces incrementa el valor de C. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El árbol provee amarre, infiltración, regulación hídrica por EVT, interceptación hídrica y de suelo y refuerzo mecánico. Un eucalipto por ejemplo, tiene una capacidad de EVT diaria de 500 litros. El nacedero o quiebrabarrigo también posee una tasa alta de EVT. Son especies que favorecen la estabilidad de terrenos en zonas muy lluviosas y húmedas. Erróneamente algunos ingenieros tienden a pensar que el árbol en laderas, hace que se exceda la capacidad de carga del suelo provocando deslizamientos, lo cual es una mala interpretación de la ecuación. Por el contrario, el árbol distribuye su peso total en toda el área de raíces y no sobre el área basal. Supongamos el peso de un árbol es 500 kg. Si el cálculo de la presión que ejerce sobre el suelo, se hiciera sobre su área basal, para un DAP de 100cm, obtendríamos: P = 500 kg x 9,8 m.s-2 = 61635,22 Pa 0,0795 m2 Pero en realidad, el peso del árbol se distribuye en toda el área de raíces. Si asumimos que el área de raíces es equivalente a la proyección de la copa sobre el suelo, y que el radio de proyección de la copa del árbol es de 8 metros, tendríamos un área de raíces de 201 m 2. Por tanto la presión real ejercida por el árbol sobre el suelo es de: P= 500 kg x 9,8 m.s-2 = 24,37 Pa 201 m2 Lo anterior da cuenta de cómo el árbol, lejos de ser una amenaza para la ocurrencia de movimientos masales es un agente que aporta resistencia y cohesión del terreno a los deslizamientos. También explica por que cuando se elimina la cobertura arbórea y se sustituye por obras civiles en concreto, estas colapsan fácilmente. En el caso de los muros de contención y gaviones, se tiene un peso muy grande distribuido en un área muy pequeña. Supongamos el peso de un gavión de 500 kilos que se soporta en un área de 2 metros cuadrados: P= 500 kg x 9,8 m.s-2 = 2450 Pa. 2 m2 Si se compara la presión que ejerce el árbol frente a la que ejerce el muro o el gavión, la conclusión respecto a cuál de los dos ofrece mayor estabilidad al terreno, salta a la vista. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 82. Presión que ejerce el árbol sobre el suelo Vs obras civiles Autor: S. Gómez, 2010 Los movimientos en masa se ven favorecidos por: Manejo inadecuado del agua de escorrentía Exceso de agua de infiltración Gravedad Remoción de la vegetación arbórea y arbustiva Localización inadecuada de infraestructura Inexistencia o mala ubicación o rupturas y fugas de alcantarillados y posos sépticos Las figuras 83 y 84, muestran diferentes etapas de laderas que se encontraban estabilizadas por el bosque y que fueron deforestadas para luego construir obras civiles que fallaron originando deslizamientos. Dichas obras “innecesarias” fueron contratadas por un valor de 400 millones de pesos (año 2006). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 83. Deforestación Barrio Panorama, Manizales, Junio de 2005 a septiembre de 2006. (Rivera, 2006). Figura 84. Deforestación y construcción de obras civiles innecesarias. Barrio La Sultana, Manizales, Caldas. (Rivera, 2006). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 25.1 Factor de seguridad del suelo El término ladera se emplea para denominar el perfil que sigue un suelo en contacto con la superficie libre o atmósfera, y ese perfil no es horizontal. A veces se omite el calificativo de natural porque se da por sobreentendido. En cambio, se suele aplicar el término talud al perfil conseguido tras una excavación (talud en desmonte) o terraplenado (talud en terraplén) no necesariamente vertical, sino con cierto ángulo con la horizontal (90º), llamado ángulo de talud. En ambos casos hay una falta de soporte lateral. Al desaparecer las tensiones horizontales que lo mantenían en equilibrio, la nueva configuración comporta otras relaciones de tensiones y deformaciones que buscarán un nuevo equilibrio, con la consiguiente inducción de desplazamientos que tienden a movilizar la resistencia al esfuerzo tangencial (o cortante) del suelo; hasta llegar a un nuevo estado de equilibrio. Si la resistencia movilizada es menor que la total disponible, el talud se mantendrá estable, con un factor de seguridad (F.S.) mayor que la unidad. Se ha dado por estable el talud con un factor de seguridad mayor a 1.1, pero se está viendo la necesidad de aumentar, por seguridad, ese valor a 1.2 ó más. El árbol y su sistema de amarre del suelo por las raíces, confiere un mayor FS que puede expresarse según varios autores así: Donde: FOS = Factor de seguridad Cr = Resistencia (expresada como cohesión) proporcionada por raíces de arboles, kN.m-2 C`s = Cohesión del suelo en kN.m-2 α = Pendiente del terreno en grados qo = Sobrecarga dada por el árbol en kN.m-2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades D = Espesor de la capa de suelo en metros Dw = Espesor de la capa de suelo saturada en metros tan Φ’ = Coeficiente de fricción interna efectiva γ = Peso unitario seco del suelo en kN.m-3 γ sat = Peso unitario del suelo saturado en kN.m-3. Factor de seguridad igual o inferior a 1 se considera como un suelo inestable. Cuando se remueve la vegetación se acelera la ocurrencia de deslizamientos, debido a que se aumentan las presiones intersticiales que disminuyen la resistencia a la ruptura del suelo en un 60% (Ziemer, 1981 citado por Rivera 2006). La tala completa de la vegetación arbórea para el establecimiento de pastos y cultivos genera una inestabilidad de las formaciones superficiales expresada por una gran cantidad de movimientos en masa. En pendientes fuertes, parte de la estabilidad se debe al enraizamiento (Rice, 1977 citado por Florez, 1986), tanto por el anclaje vertical como por el horizontal (Gray, 1971, Dyrnes, 1967, citados por Florez, 1986). Figura 85. Incremento del FOS dado por el amarre de raíces de la cobertura arbórea. (Rivera,2006). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 6: EVALUACIÓN DE LA EROSION Las estimaciones más recientes indican que el número de desplazados medioambientales ronda entre los 17 y los 24 millones de personas en todo el mundo. Está previsto que de aquí al año 2050, 200 millones de personas tendrán que migrar debido a cuestiones medioambientales. Lección 26. Densidad aparente, Porosidad y Estabilidad de agregados Densidad aparente y Porosidad La humedad juega un papel importante en el fenómeno de la compactación, ya que al labrar el suelo en condiciones inadecuadas, genera alguna forma de adensamiento y encostramiento. También la precipitación representa riesgo para suelos con estructura degradada o poca cobertura vegetal. El impacto de las gotas de lluvia genera una película de agua que obliga a infiltrar las fracciones texturales, primero arena, posteriormente limos y arcilla (Becerra, M.; Herrera, & Amézquita, 2005). Con el tiempo se da lugar a procesos de laterización. La humedad gravimétrica se refiere a la relación de la masa de agua de los poros (o agua libre) en un volumen de suelo, respecto a la masa de sólidos del mismo. La densidad aparente, es una relación entre la masa seca al horno de las partículas del suelo y el volumen total, incluyendo el espacio poroso que ocupan. Permite estimar el grado de compactación cuando se conoce la porosidad del suelo. Los suelos poseen naturalmente diferentes densidades debido a variaciones de la textura, de la porosidad y del contenido de materia orgánica. Brady (l974) cita que suelos arenosos poseen una densidad del suelo de 1,20 a 1,80 g/cm 3 y una porosidad de 35 a 50%, mientras que suelos arcillosos poseen una densidad de 1,00 a 1,60 g/cm3 y una porosidad de 40 a 60%. Sin embargo la densidad y la porosidad del suelo son características que pueden variar en función del tipo y de la intensidad de labranza, siendo por eso buenos indicadores de lo adecuado de los sistemas de labranza del suelo, indicando la mayor o menor compactación que estos promueven. Los valores adecuados de la densidad del suelo fueron definidos por Archer y Smith (l972), como aquellos que proporcionan la máxima disponibilidad de agua y por lo menos 10% de espacio de aire en un suelo sometido a una succión de 50 mb. Según esos autores, las densidades del suelo oscilan alrededor de 1,75 g/cm 3 para suelos de textura arena franca, 1,50 g/cm 3 para suelos franco arenosos, 1,40 g/cm3 para suelos franco limosos y 1,20 g/cm3 para franco arcillosos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Para determinar la Da de un suelo como parámetro de la calidad de suelo, se utilizan generalmente el método del núcleo o cilindro. El método del núcleo consiste en usar un cilindro metálico de volumen conocido para extraer una muestra de suelo. El cilindro se entierra en el suelo, se enrasan bien los bordes del suelo con los bordes del cilindro, se saca la muestra de suelo y se obtiene el peso húmedo. Luego se lleva a estufa a 105ºC y se obtiene el peso seco. Figura 86. Toma de muestras para determinación de la Densidad aparente La Da se halla aplicando la formula: D.a. = Peso de suelo seco Volumen de sólidos + Volumen poroso La porosidad, se expresa como el porcentaje del volumen del suelo ocupado por poros. Se calcula a partir de los valores de Densidad aparente (Da) y Densidad real (Dp). La fórmula de porosidad es: % de Porosidad = (1- Da) x 100 Dp La densidad real se determina obteniendo el peso seco de la muestra de suelo y el volumen de los sólidos de la muestra. Esto último se realiza con un aparato denominado picnómetro. Consiste en determinar la masa y el volumen de los sólidos del suelo a través de un frasco de volumen conocido. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Se pesa el picnómetro completamente seco (Mpv). Luego se agregan 2 gramos de suelo seco a 105°C previamente tamizado por 2mm. Se pesa el picnómetro + suelo (Mpss). Se agrega agua destilada y hervida hasta completar 1/3 del volumen del frasco y se lleva destapado a la campana de vacío durante dos horas para eliminar las burbujas de aire. Luego se retira el picnómetro de la campana y se añade agua hasta completar 2/3 de su volumen. Nuevamente se lleva a la campana de vacío durante una hora. Finalmente se saca de la campana, se completa el total del volumen con agua , se tapa y se pesa para obtener Mpssw. Se vacía, se lava y se llena con agua destilada y hervida. Se tapa y se pesa para obtener Mpw. Figura 87. Picnómetro La Densidad real se obtiene aplicando la fórmula: Dp = (Mpss- Mpv) x Dw (Mpw-Mpv)-(Mpssw-Mpss) Donde: Dp = Densidad real Mpss= Masa del picnómetro más suelo Mpv= Masa del picnómetro vacío Mpw= Masa del picnómetro más agua Mpssw= Masa del picnómetro mas agua más suelo seco Dw= Densidad del agua La tabla 9, muestra los valores críticos de densidad aparente que demuestran presencia de compactación, de acuerdo al contenido de arcilla del suelo. Tabla 27. Valores críticos de Da indicadores de compactación en relación al contenido de arcillas del suelo UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Estabilidad de Agregados El tamaño y la estabilidad de los agregados pueden ser indicativos de los efectos de los sistemas de labranza y de cultivo sobre la estructura del suelo. Suelos bien agregados proporcionan mayor retención de agua, adecuada aireación, fácil penetración de raíces y buena permeabilidad. La distribución de los tamaños de los agregados es uno de los factores importantes en el desarrollo de los cultivos. Según Larson (l964), los agregados deben ser de tamaño reducido alrededor de las semillas y raíces de plantas nuevas, con la finalidad de proporcionar una adecuada humedad y un perfecto contacto entre el suelo, la semilla y las raíces. Sin embargo, los agregados no deben ser tan pequeños al punto de favorecer la formación de costras y capas compactadas. Para Kohnke (l968), el tamaño ideal de agregados está entre 0,50 y 2,00 mm de diámetro; agregados mayores restringen el volumen de suelo explorado por las raíces y agregados menores originan poros muy pequeños y no drenables por acción de la gravedad. Wischmeier y Mannering (1969) citados por Polanco et al (1994), indican que existe una relación inversa entre erodabilidad con la dureza de la estructura cuando la fracción de limos excede el 60% y que los suelos que son de estructura fina o granular en la capa arable y sub angular-blocosa en el horizonte subsuperficial tienden a ser mas erodables que aquellos suelos en los que las estructuras en los diferentes horizontes no cambian. Varios autores concuerdan en que la estabilidad de agregados es la propiedad física más importante que gobierna la erodabilidad de un suelo. Para Bryan (1974) citado por Polanco et al (1994), la proporción de agregados estables acuosos menores de 0,5 mm, en un suelo es un buen índice de erodabilidad; mientras mayor sea la proporción de agregados menores de 0,5 mm, mayor será la erodabilidad del suelo. El contenido de arcilla y el tipo de arcilla también influyen directamente en la estabilidad de agregados. Los suelos con mayor contenido de Materia orgánica y de arcilla, presentan una mayor estabilidad de agregados. Igualmente, las arcillas de mayor superficie específica como las 2:1, brindan mayor estabilidad de agregados que aquellas con menor superficie especifica (1:1). A continuación se referencian los valores de superficie específica para diferentes tipos de arcilla: Caolinita de elevada cristalinidad: hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad: hasta 50 m2/g Halloisita: hasta 60 m2/g Illita: hasta 50 m2/g Montmorillonita: 80 a 300 m2/g Sepiolita: 100 a 240 m2/g Paligorskita: 100 a 200 m2/g UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los cationes divalentes como Ca++, Fe++, Al ++ y el mucigel, también son agentes cementantes que contribuyen a la estabilidad de agregados. Resende (1985) citado por Polanco et al (1994), afirma que la presencia de óxidos de aluminio (gibsita), óxidos de hierro (hematita, goetita) y materia orgánica, hace que la estructura del suelo se vuelva granular, por lo tanto más friable y estable. Para Wuischmeier y Mannering (1969), existe una relación entre pH, estructura y erodabilidad. En suelos con alto incremento de limos, el incremento de pH incrementa la erodabilidad si la estructura es muy fina o granular fina; si la estructura es media a granular gruesa, sub angular o angular, la erodabilidad decrece con el incremento del pH. Duchaufour (1977), citado por Malangón, Montenegro y Guerrero(1990), afirma que la estabilidad de la estructura depende en gran parte de su origen. Los agregados que se originan por actividad biológica como la acción de lombrices, cementación por compuestos húmicos y otros compuestos orgánicos, poseen una estabilidad mucho más alta, debido no solo a los agentes cementantes sino también a su forma redondeada. Por el contrario, los agregados resultantes de la fragmentación de agregados más grandes como las estructuras subangulares y angulares tienden a ser poco estables. En el laboratorio, la estabilidad estructural se evalúa determinado el grado de agregación, la estabilidad de los agregados y la naturaleza de los espacios porosos vacíos. El análisis de los agregados se hace para conocer el porcentaje de partículas secundarias estables al agua y/o al viento y el grado en que estas partículas están agregadas en conjuntos más grandes. Se emplean varias técnicas para ello, siendo el Método de tamizado en Húmedo o de Tiulin modificado por Yoder (1936) el más utilizado. El método consiste en someter el suelo que ha sido separado en fracciones según el tamaño de los agregados, a la acción del agua que actúa como agente disgregador. El procedimiento es el siguiente: Se toma un aparato Yoder que conciste en un juego de 5 tamices de 4, 2, 1, 0,5 y 0,25 mm de 20,32 cm de diametro y 5,08 cm de altura, unidos por un aparejo que los mantiene juntos y que permite moverlos de forma ascendente y descendente dentro de una columna de agua a razon de 30 ciclos por minutos . El recipiente que contendrà el agua debe tener un tamaño minimo de 1,6 veces el diametro de los tamices. Los tamices se colocan en orden descendente de diametro, quedando el de 4 mm arriba y el de 0,25 mm abajo. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Se toma la muestra cuando el suelo està hùmedo y friable. Se deja secar al aire y luego se pasa por tamiz de 8mm. Los agregados muy grandes se rompen con la mano para que pasen por el tamiz. Luego con ayuda de un cuarteador se homogeniza la muestra y se obtienen 100 gramos de suelo. Se introduce el juego de tamices dentro del recipiente con agua para verificar que el agua llega a raz del tamiz superior cuando asciende al màximo. Se esparce la muestra de suelo sobre el tamiz superior y se asperja con agua ayudandose de un atomizador. Figura 88. Juego de tamices con aparejo para inmersión Despues de humedecer la muestra se esperan 4 minutos y luego se enciende el aparato por 30 minutos. El motor debe estar calibrado para que el juego de tamices suba y baje a una distancia de 32 mm a razon de 30 oscilaciones por minuto. Al cabo de 30 minutos se sacan los tamices, se dejan drenar por 5 minutos y se saca la muestra de cada uno de ellos por separado. Las muestras se secan al horno por 24 horas a 105ºC. Una vez estan secas se pesan. La suma de los pesos corresponde a la masa total de agregados + particulas primarias (Mssip). Cada fracciòn se coloca en un frasco tetero a la uqe se agrega agua destilada y 10ml de dispersante (hexametafosfato de soduo + carbonato de sodio) y se agitan por 30 minutos. Luego de agitar, se pasa cada muestra nuevamente por su tamiz correspondiente. Si quedan particulas retenidas en el tamiz, se secan esn estufa por 24 horas a 105ºC, se pesan y se suman los pesos para determinar las particulas primarias (Mssp). La resta de Mssip – Mssp da como resultado la masa que corresponde a los agregados del suelo (Mssi). Para hacer los calculos es necesario conocer la masa de suelo seco Mss. Para ello debe allarse el porcentaje de humedad con el cual se trabajo la muestra de suelo y hacer la correciòn correspondiente a partir de la siguente relaciòn: θg = Msch – Mssc Mssc – Mc x 100 Donde. Θg es la humedad gravimétrica % Msch es la masa de suelo húmedo mas la capsula en que se pesa Mss es la masa de suelo seco mas la cápsula en que se pesa Mc es la masa de la càpsula. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Mssi% = Mssi x 100 Mss Mssi% es el porcentaje de agregados del suelo retenidos en cada tamiz Mssi es la masa de suelo seco para un tamiz Mss es la masa total de suelo seco El criterio de evaluaciòn de la estabilidad de agregados es el diametro medio ponderado (DPM), cuyo calculo se reliza mediante la formula: y Donde Xi es el diámetro medio ponderado de cada fracción (tamiz) , Mssi% es la proporción de la muestra total que se encuentra en cada tamiz y 2,7183 es el inverso del logaritmo natural de la unidad. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 27. Consistencia del suelo y resistencia a la penetración Mientras que la estabilidad de agregados mide el grado de estructuración del suelo, es decir el arreglo espacial de las partículas individuales como resultado de las fuerzas de atracción dentro de la masa de suelo, la consistencia mide la cohesión, el mantenimiento y soporte del conjunto de partículas del suelo. Son las fuerzas de cohesión- adhesión las que evitan que el suelo fluya cuando se incrementa la concentración de suelo en el sistema suelo- agua. Todo suelo tiene unas características típicas de cohesión, independientemente de si la masa de suelo es grande o chica, de si está en forma natural o disturbada, agregada o sin estructura, húmeda o seca (Malagón et al, 1990). La consistencia del suelo se determina en relación a sus atributos de adhesión. Cohesión a diferentes grados de humedad y resistencia a la deformación o ruptura La consistencia influye en propiedades como la compresión, resistencia al cortante tangencial, friabilidad, plasticidad y pegajosidad, que se manifiestan de forma diferente según varían las fuerzas de adhesión- cohesión en la masa de suelo. Como la consistencia involucra interacciones de partículas de suelo en un medio acuoso, es necesario tener en cuenta que: El comportamiento del sistema agua-suelo depende de la hidratación de las arcillas, su viscosidad, expansión, estado coloidal e interacción con cationes El agua en el suelo existe en forma libre y en forma adsorbida. El agua adsorbida está unida a las partículas de suelo por efecto de cargas y tiene alta viscosidad. Esa viscosidad decrece en la medida en que se va distanciando de las superficies de adsorción y se relaciona entonces con la plasticidad del suelo. Las partículas de suelo se atraen y repelen por fuerzas electrostáticas, se atraen también por fuerzas de Van Der Waals. Los materiales orgánicos, la porosidad del suelo y el grado de humedad pueden hacer variar la consistencia del suelo. La Cohesión se debe a la atracción molecular que se lleva a cabo por medio de las cargas eléctricas de las arcillas y fuerzas de Van Der Waals. Por lo tanto es fuerte si las partículas están muy juntas y las superficies cargadas son grandes. En un suelo seco las partículas están más pegadas que cuando hay agua entre ellas, por lo tanto las fuerzas de cohesión disminuyen al incrementarse el contenido de humedad del suelo. La Adhesión o tensión superficial se refiere a la atracción de la fase líquida sobre la fase sólida y es la fuerza encargada de mantener unidas las partículas de suelo a medida que se incrementa el contenido de humedad. Cuando la humedad del UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades suelo es muy alta o muy baja no hay área de contacto entre las dos fases y por lo tanto no hay adhesión. La estructura del suelo se genera debido a la variación de estas dos fuerzas dentro de la masa de suelo. Los diferentes tipos de consistencia se determinan de acuerdo al grado de humedad del suelo así: Consistencia dura: En suelo seco. Las partículas una vez se separan no se vuelven a unir. Consistencia Friable. En suelo húmedo. Las partículas se mantienen suavemente unidas Consistencia Plástica: en suelo mojado. El suelo puede moldearse sin perder su coherencia. Consistencia Pegajosa: en suelo mojado. El suelo se adhiere a los objetos. Consistencia Viscosa: En suelo muy mojado o saturado. El suelo fluye al aplicarle una breve presión o por acción de la gravedad. Cuando un suelo es labrado en seco, se produce la pulverización y se propicia el arrastre de partículas por el viento y el encostramiento un vez que cae agua sobre esas partículas ya disgregadas. Cuando se labra el suelo en mojado, se produce el amasado, se daña totalmente la estructura y se sellan los poros. Un suelo con consistencia plástica o pegajosa será mucho más difícil de laborar que un suelo friable. Cuando el suelo llega a tener una consistencia viscosa se producen los movimientos masales. Los métodos asociados a la determinación de la consistencia del suelo, se relacionan con la determinación de los Límites de Atterberg y el índice de Plasticidad, la resistencia a la penetración (método del Penetròmetro) y resistencia al rompimiento (módulo de ruptura). 27.1 Determinación de Límites de Consistencia Llamados también Límites de Atterberg, constituyen criterios para el manejo de labranza del suelo y para el estudio de las dinámicas de los movimientos en masa. Atterberg (1912), estudió el intervalo de humedad en el cual la plasticidad se manifiesta y determinó los límites de plasticidad así: Límite plástico superior o límite líquido: Es el contenido de humedad al que el suelo comienza a fluir bajo la acción de una fuerza aplicada. Límite plástico inferior o límite plástico: Es el contenido de humedad a la que el suelo puede amasarse en forma de rodillos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los límites de Atterberg se determinan en laboratorio con la ayuda de la Cazuela de Casagrande. Se toma una muestra de suelo, se pasa por tamiz con malla Nº 40 , se descarta la fracción retenida en el tamiz y se toman aproximadamente 80 gr de suelo tamizado. Se mezcla con agua potable hasta que tome una consistencia de pasta gruesa y que llene uniformemente el plato de tal modo que el centro tenga una profundidad de aproximada de 8 mm. Esta se divide en dos partes iguales mediante el ranurador, haciendo una ranura en forma de V (de un ángulo de 60°) y un espacio vacío de 2 mm de ancho en la parte inferior y 1,2 cm en la parte superior. El límite líquido ésta dado por el contenido de humedad que presenta el suelo cuando se coloca en la cazuela y al hacer una ranura de forma trapezoidal, de 1,2 cm esta se cierra en la base a los 25 golpes. Figura 89. Cazuela de Casagrande Con una balanza precisa, es suficiente tomar sólo una pequeña muestra de suelo, recogida de un punto cercano de donde se cerró la ranura. La muestra se coloca en un recipiente que se cierra herméticamente y se pesa. Luego el recipiente con el suelo se lleva a horno a 105ºC hasta que el suelo esté completamente seco y se procede a calcular el % de humedad. El límite plástico es el contenido de humedad del suelo cuando este se deja amasar en rollos de 3 a 4 mm de diámetro y 5 a 6 cm de longitud sin romperse. Figura 90. Determinación del límite plástico UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El índice de plasticidad es la diferencia entre los límites líquido y plástico. Entre mayor sea el índice plástico, mayor será la plasticidad e indica un alto riesgo de dañar la estructura si el suelo se labra con un alto contenido de humedad. Por el contrario, un índice bajo indica que el suelo puede manejarse sin peligro de amasado. 27.2 Módulo de Ruptura Es el método utilizado para determinar la formación de costras en la superficie del suelo, las cuales constituyen un impedimento para la germinación de las semillas, crecimiento y desarrollo de los cultivos. Las costras son frecuentes en suelos alcalinos que contienen gran cantidad de Na++ cambiable que dispersa las partículas y daña la estructura. El modulo de ruptura es considerado como una medida de la resistencia de los materiales del suelo. Evalúe la fuerza por unidad de área que un material resiste sin romperse. La densidad, porosidad, granulometría, tamaño de poros, conductividad hidráulica, están relacionados con la resistencia a la ruptura. El índice de ruptura es utilizado para determinar la probabilidad de rompimiento de las costras que limitan el crecimiento del cultivo y aumentan el volumen de agua de escorrentía ocasionando problemas de erosión. Se determina con la ayuda de un aparejo denominado “Unconfined Compression Apparatus” como el que se observa en la figura 37. Se toman las muestras de suelo con ayuda de los cilindros. Se llevan al horno a 50ºC. Una vez se tienen los cilindros de suelo secos se mide la longitud(L) y el diámetro (D). Se coloca en forma horizontal sobre el plato inferior y se empieza a aplicar presión dando vuelta a la manivela que hará descender el plato superior. En el momento en que la fuerza rompe el cilindro de suelo, la aguja del indicador se devuelve de manera brusca. En ese momento se toma el dato de la cantidad de fuerza (F) aplicada. Con la lectura obtenida y el grafico de calibración del aparato, se obtiene el valor de F en libras de presión. Figura 91. Aparejo para la determinación del módulo de ruptura Para hallar el modulo de ruptura se aplica la formula: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Modulo de Ruptura (M.R.) = 0,91 F πDL Donde: M.R es el modulo de ruptura (kg.cm-2) F es Fuerza de ruptura en libras L es la longitud del cilindro de suelo en cm D es el diámetro del cilindro de suelo en cm D es el espesor del suelo en cm Aunque no se debe generalizar, se puede considerar que valores de M.R. por encima de 3 kg.cm-2 pueden ser indicativos de problemas por la alta cohesión en seco de las partículas (Pla, S.,1977). 27.3 Resistencia a la Penetración Las relaciones humedad-densidad y humedad-resistencia a la penetración, dan cuenta del grado de compactación de una suelo. El método más comúnmente utilizado es el del Penetrómetro. La resistencia a la penetración, definido como la capacidad de un suelo de resistir o sostener una fuerza, es un índice integrado de su compactación, contenido de humedad, textura y tipo de mineral arcilloso. Los penetrómetros son de varios tipos dependiendo de la forma como operan. Se clasifican en penetrómetros de bolsillo, de impacto y penetrómetros de resorte. Penetrómetro de bolsillo: Es un aparato manual con un resorte calibrado que fue ideado para estimar la calidad de tierras para cultivo. La medida que provee es un dato preliminar a las determinaciones que posteriormente deben hacerse en laboratorio. Penetrómetros de impacto: Registran la resistencia opuesta por el suelo a la introducción de una punta de metal, cuando se aplica un impacto o golpe con un mazo que cae libremente desde una altura preestablecida. El Penetrómetro de impacto con punta cónica utiliza una punta de forma cónica con un ángulo de 30°, un área basal de 6 cm y una longitud de 4 cm. El impacto es producido por un mazo de 2 kg que cae libremente desde 50 cm de altura. Este equipo necesita que el horizonte de suelo a ser evaluado esté expuesto y en contacto directo con la punta de metal. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Penetrómetro de profundidad: Funciona también por impacto, y utiliza una punta cónica con un ángulo de 25°, área basal de 0,8 cm y una longitud de 1 cm. A esta punta se anexan varillas de acero de 50 o más centímetros de longitud y 0,7 cm de diámetro, enroscadas en el extremo superior, con marcas cada 5 cm, lo cual permite obtener un registro continuo de la resistencia a la penetración que ofrece el suelo, en sucesivas profundizaciones de 5 cm de la punta en el suelo. Esto permite la exploración de 50 o más centímetros de profundidad con muy poca disturbación del suelo. Para transformar el número de impactos en resistencia a la penetración se utiliza la siguiente fórmula: R=kxn Donde: R: resistencia a la penetración cada 5 cm de espesor de suelo. k: constante del penetrómetro (propia del equipo) kg/cm2. n: número de impactos cada 5 cm de penetración. Penetrómetros de Resorte: La punta de metal es introducida al suelo por la presión ejercida a través de un pistón sobre un resorte conectado a la punta. Se diseñan diferentes tipos de punta intercambiables entre sí, incluyendo puntas muy delgadas tipo aguja y puntas cilíndricas, de diferentes diámetros, así como resortes de diferente sensibilidad. Los resortes más sensibles permiten que este equipo pueda evaluar la resistencia de la costra superficial. Figura 92. Penetrómetros UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 28. Tasa de infiltración de agua en el suelo. La tasa de infiltración de agua en el suelo determina la rapidez de infiltración del agua en el mismo y, como consecuencia, el volumen de agua que escurre sobre la superficie. Esta conductividad hidráulica, representa el coeficiente k en la ley de Darcy: V=kI Donde: V = velocidad del flujo efectivo (cm/hr) i = gradiente hidráulico (adimensional) El coeficiente k tiene las mismas dimensiones que una velocidad. Los edafólogos suelen medirla en cm/h o mm/h; los hidrólogos prefieren el empleo de las unidades cm/día o m/día. Cuando la tasa de infiltración es baja, la disponibilidad de agua en la zona de las raíces puede ser limitante. La tasa de infiltración de agua en el suelo es condicionada por los siguientes factores: estado de la superficie del suelo, tasa de transmisión de agua a través del suelo, capacidad de almacenamiento y características del fluido. La infiltración de agua en el suelo refleja las condiciones de las propiedades físicas. Los sistemas de cultivo y labranza influencian la tasa de infiltración final del agua en el suelo, tanto por la modificación de la rugosidad y cobertura de la superficie, como por la alteración de la estructura, de la densidad y de la porosidad. La tabla 28 muestra la clasificación de la conductividad hidráulica. Tabla 28. Valores de k según tipo de suelo Autor: Cisneros, R. 2003 En el laboratorio se determina Permeámetro en donde se disturbadas y sin disturbar. Sin siempre son una representación la conductividad hidráulica con la ayuda de un pueden hacer determinaciones en muestras embargo, las determinaciones en laboratorio no de cómo ocurren los fenómenos en campo. En campo se utilizan las metodologías del pozo barrenado y de los cilindros, que permiten obtener una aproximación más real del fenómeno in situ. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 28.1 Método del pozo barrenado Debe tenerse un aparejo conformado por un trípode, una mesa, un juego de poleas y contrapesos, un flotador y una escala métrica. Con la ayuda de un barreno se perfora un pozo hasta una profundidad entre 60 y 90 cm por debajo del nivel freático o equivalente a entre 5 y 10 veces el diámetro del pozo. Luego de hacer el pozo se deja que el nivel de agua en el pozo alcance el equilibrio estático con el nivel freático y con ayuda del flotador se hace una señal en la cuerda para marcar el nivel (NF). Luego, se retira el flotador del pozo y se saca rápidamente el agua del pozo hasta que quede prácticamente vacío. Se devuelve el flotador al fondo del pozo y en ese momento se inician las lecturas de recuperación del nivel de agua en el pozo a diferentes intervalos de tiempo con la ayuda de un cronometro. A cada intervalo, se registra sobre la cuerda el nivel de agua alcanzado. Las mediciones se continúan hasta que se alcanza el nivel de 0,8 Y0 lo que significa que el pozo ha recuperado el 20% de la lámina de agua extraída (Malagón et al, 1990).Es decir que no es necesario hacer mediciones hasta que se recupere totalmente el nivel freático. Figura 93. Diagrama del método del Pozo Barrenado para medir la conductividad hidráulica en el campo (Malagón et al, 1990). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El diámetro del pozo puede no ser exacto pues es un poco mas ancho que el diámetro del barreno pero también se va erodando en la medida que se llena y desocupa de agua. Si para vaciar el agua del pozo se utiliza un recipiente con un diámetro un poco menor, puede calcularse el diámetro promedio del pozo mediante la ecuación: πr2 L = πr2 Y0 y r = r1 L / Y0 Donde r1 es el radio del recipiente cilíndrico en cm, L es la lámina de agua en el recipiente en cm, r es el radio promedio del pozo en cm, Y0 es la profundidad del nivel de agua en el pozo en cm a un tiempo igual a cero (al iniciar las mediciones). Con los valores de Y a diferentes intervalos de tiempo se corre una regresión lineal de donde se obtiene la ecuación y el valor de la pendiente correspondiente a la línea resultante de graficar los valores de tiempo en el eje de las X y los valores de Y0 en el eje de las Y. Por ejemplo, tomemos los valores de un experimento reportado por José Antonio Forero9 realizado en un suelo del valle del Cauca: Diámetro de perforación del pozo: 10cm Textura del suelo: Franco arcillo limosa Profundidad de la barrera: α Profundidad del nivel freático: 1,05 m Profundidad total del pozo: h + H = 1,95m 9 Profesor Universidad Nacional de Colombia, Departamento de Ingeniería, Facultad de ingeniería agrícola. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Radio interior del vaciador: r1 = 4,8 cm Volumen de agua extraído con el vaciador y medido con probeta: 2250,5 cm 3 Registros de recuperación: Tiempo acumulado segundos 11 31 51 71 91 111 131 151 171 191 211 Nivel en recuperación en cm * de y 27,6 26,8 25,7 24,8 23,9 22,7 21,6 21,0 20,1 19,3 18,4 * Distancia desde el nivel de recuperación hasta el nivel freático Al correr la regresión lineal se obtiene: R2 = 0,997 Y = 28,22157 – 0,0487142 t es decir que Y0 = 28,22 cm y ∆y / ∆t que equivale a la pendiente b = 0,0487 Podemos entonces hallar el radio promedio si sabemos que el volumen de un cilindro es igual a πr2h 2250,5 cc = πr2 28,22 cm entonces r = 5,04 cm y = Y0 + 0,8 y0 2 = 28,22 + 0,8 (28,22) = 25,4 cm 2 H = 1,95 m – 1,05 m = 0,9 m = 90 cm H / r = 90 cm / 5,04 cm = 17,86 cm y / r = 25,4 cm / 5,04 cm = 5,04 cm UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La conductividad hidráulica K es igual a: K=C∆y ∆t Donde C es un valor que se toma de la grafica 1957(Anexo 1) según el valor calculado de H/r. de Maasland y Haskew, C en este caso es = 1,3 x 103 K = 1300 (0,0487) = 63,61 cm/día = 0,63 m/día 28.2 Método del Pozo invertido Se utiliza cuando se quieren hacer las determinaciones por encima del nivel freático y no por debajo del mismo como se indicó en el método del pozo barrenado. Se busca determinar el valor de la Conductividad hidráulica saturada horizontal del suelo Ks . Parte del supuesto de que si el suelo está saturado, el gradiente hidráulico puede ser supuesto igual a la unidad. El método se basa en lecturas del desnivel del agua dentro del pozo en función del tiempo, estas lecturas se realizan una vez logrado que el suelo haya sido saturado previamente. En estas condiciones, se asume que la tasa de infiltración a través de las paredes del agujero, es aproximadamente igual a Ks. Se utiliza el mismo montaje que para el método del pozo barrenado pero en lugar de medir la recuperación del nivel freático, se mide el descenso del nivel del agua en el pozo, una vez que el suelo se ha saturado previamente. La conductividad hidráulica saturada Ks (cm.h-1) se determina mediante la ecuación: Ks = 1,15 r s Donde r = radio del pozo cm s = pendiente de la curva log (ht + r/2) Vs tiempo h = altura de la columna de agua dentro del pozo UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 28.3 Método del infIltrometro de anillos Se utiliza un juego de dos anillos (exterior e interior) que se introducen en el suelo a una profundidad de 10 a 15 cm, hasta lograr que estén perfectamente enterrados y nivelados. Luego se procede a llenarlos con agua hasta el mismo nivel. El método consiste en tomar lecturas del descenso del nivel de agua en el anillo interior teniendo en cuenta que el nivel del anillo exterior debe mantenerse igual al interior. Después de la primera lectura que debe tomarse a los dos minutos después de llenar los cilindros, se siguen tomando lecturas a intervalos entre 2 y 5 minutos alargándolas hasta 20 y 30 minutos. Las lecturas se continúan hasta cuando el descenso en el nivel del agua es aproximadamente igual en dos lecturas sucesivas para el mismo intervalo de tiempo. El nivel del agua en cada lectura no debe dejarse descender más de 5 cm. También debe mantenerse en el cilindro exterior un nivel entre 2 y 5 cm de agua todo el tiempo. Cuando se consigue que la tasa de la infiltración sea constante, la prueba se da por terminada. Se puede demostrar aplicando la ecuación de Darcy, que el valor obtenido de la infiltración básica es igual a la conductividad hidráulica saturada si la filtración es estrictamente vertical y el perfil del suelo es profundo y uniforme (Timbe et al., 1999 citados por Coello, De Bièvre, Pacheco, & Cisneros, 2007). Los resultados obtenidos en el campo se pueden analizar utilizando diferentes modelos pero el más comúnmente utilizado es el modelo de Kostiakov (1932), que consiste en describir la infiltración del agua en el suelo con un modelo potencial L= k . tm donde : L es la lámina infiltrada en mm, k es una constante empírica asociada a la infiltración inicial e influenciada por el horizonte superficial del suelo y m es una constante que refleja las condiciones intrínsecas del suelo. Figura 94. Esquema de un InfIltrometro de anillos (Coello et al, 2007). Aplicando la primera derivada de la ecuación de Kostiakov, se obtiene la velocidad de infiltración I en mm.h-1: I = 60 . k . m . tm-1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La velocidad de infiltración disminuye en la medida que el suelo se satura. Cuando la velocidad de infiltración es baja, mayor cantidad de agua fluye por la superficie del suelo como agua de escorrentía causante de procesos de erosión. La tabla 29 muestra la clasificación de la infiltración. Tabla 29. Clasificación por Magnitud de la Infiltración Autor: Cisneros,R. (2003) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 29. Evaluación de la Erosión: Método de las Estacas La principal dificultad que entraña el cuantificar las pérdidas de suelo, es la acotación del máximo nivel de erosión permisible, el cual a su vez está condicionado por la tasa de formación del suelo. Según varios autores, bajo condiciones ideales de manejo del suelo, éste podría formarse a una tasa de 0,8 mm año-1 (Hudson, 1971), es decir que la tasa de formación podría ser de una pulgada en un rango que oscila entre 300 y 1.000 años (Pimentel et al., 1976). Por su parte, Morgan (1986) considera que una tasa de formación adecuada para un suelo agrícolamente productivo, es del orden de 0,1 mm año-1 equivalente a 0,1 kg m-1 año-1 (1 ton ha-1 año-1), asumiéndose una densidad del suelo de 1 Mg 3 m-3 y basándose en estimativos de meteorización de las rocas. (Leòn, Metodos experimentales para el seguimiento y estudio de la erosiòn hìdrica, 2007). En términos generales, las pérdidas tolerables de suelo, rondan las 11 ton ha -1 (Johnson, 1987), dado que se ha aceptado la proximidad de dicho valor a la tasa máxima de desarrollo del horizonte A bajo condiciones óptimas. Esta cifra podría distanciarse de la realidad en áreas donde las tasas de erosión son naturalmente altas (Morgan, 1986), como es el caso de terrenos montañosos con alta precipitación, y que se correspondería por tanto con las condiciones generales de América Tropical. Müller y Castillo (1997) citados por León (2007) mencionan que los nivles mas altos de erosión ocurren en Asia, África y Suramérica, con valores promedios entre 30 y 40 Mg ha-1 año-1. Así la diferencia entre pérdidas y ganancias es bastante grande considerando que la formación natural del suelo es del orden de 2 Mg ha-1 año-1. La estimación de pérdidas de suelo, representa una importante herramienta a los efectos de la planificación del uso de la tierra, en el marco de la gestión ambiental. Mediante el uso de métodos directos para cuantificar las pérdidas de suelo es posible generar información que posteriormente se utiliza en la modelación del fenómeno y la modelación permite estimar de forma indirecta las pérdidas de suelo para una determinada región. 29.1 Evaluación cualitativa de la erosión. Existen ciertos parámetros que permiten evidenciar la presencia de procesos erosivos: Presencia de raíces descubiertas en árboles y arbustos perennes como café, cacao y frutales UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Cambio de color del horizonte superior del perfil de suelo: Esto evidencia el afloramiento del horizonte A o B tras haberse perdido el horizonte O y en algunos casos el A. Presencia de surcos, terracetas, calvas en potreros y materiales expuestos pertenecientes a horizontes B o C como cantos rodados. Color del agua de quebradas. La turbidez del agua es signo del arrastre de sedimentos y evidencia de procesos erosivos en las cabeceras hídricas. Desbordamiento de Ríos y quebradas a causa de la colmatación del cauce en la parte baja de la cuenca. Figura 95. Signos de erosión (CENICAFE,1982) La tabla 30 muestra los parámetros utilizados para clasificar el grado de erosión. Tabla 30. Grado de erosión en función de la pérdida anual de suelo Grado de Erosión Pérdida anual de suelo Espesor en mm tn. ha Perdida de espesor cm / 100 años -1 Natural Menor de 0,1 Menor de 1 Menor de 1 Baja 0,1 a 0,3 1a3 1a3 Media 0,3 a 0,5 3a5 3a5 Alta 0,5 a 1 5 a 10 5 a 10 Muy Alta 1a2 10 a 20 10 a 20 Severa (grave) 2a3 20 a 30 20 a 30 Muy severa Mayor de 3 Más de 30 Más de 30 CENICAFE,1982 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 29.2 Medición con Estacas El método más ampliamente utilizado es el de las “estacas de erosión o “estacas con arandela”. Hudson, (1982) citado por Lèon (2007), sugiere el uso de clavos de acero de 30 cm de longitud, de tal forma que las diferencias de altura entre la parte superior del clavo y el nivel del suelo, representan el nivel de pérdidas de éste. Otros autores recomiendan longitudes que varían entre unos pocos decímetros y 1 m, de cara a su fijación con firmeza en el suelo. Con respecto a su grosor y forma, las estacas deben ser lo más delgadas y lisas posible. Gómez, (1996) citado por León (2007) propone para estacas metálicas un ancho de 2 cm y un grosor de 0.2 cm, y para estacas en madera secciones de 2x2 cm o 2 cm de diámetro. Para su disposición en terreno, las estacas se deslizan a través de una arandela grande, siendo el conjunto introducido verticalmente con la cara inferior de la arandela a nivel de la superficie del terreno; la arandela debe tener unos cuantos centímetros de diámetro con el orificio central un poco mayor que el grosor de la estaca o clavo, de tal forma que la arandela se mueva libremente, y pueda por tanto descender conforme avance el proceso degradativo, si es éste el que tiene lugar. Las estacas también permiten monitorear procesos lentos de movimiento en masa como reptación, a partir de la medición en el tiempo, de la variación de la distancia entre el conjunto de las estacas. Así, es posible evaluar la velocidad y dirección de la masa en movimiento. Figura 96. Método de la estaca Fuente: FAO – Boletin 68, 2007. Para la frecuencia de registro y tratamiento analítico respectivos, se recomiendan períodos decadales (10 días) por un tiempo mínimo de 1 año. Cada registro corresponde a una pérdida o acumulación, representado por una altura, que para el conjunto de estacas origina una altura promedio, dato que junto al del área de trabajo, permite determinar el volumen de suelo perdido. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Con este valor, y la densidad aparente del suelo, es posible calcular la pérdida en términos de peso, siendo para el efecto propuestas por Gómez (1996), la expresión y unidades siguientes: SP = V x Da Donde V es el volumen de suelo (m 3), Da es la densidad aparente (Mg m-3) y SP es el suelo perdido (Mg m-2 llevado a Mg ha-1). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 30. Evaluación de la Erosión: Parcelas de escorrentía y Simulador de lluvia Parcelas de Escorrentía Son porciones de terreno de tamaño variable, limitadas por paredes que aíslan completamente el agua de escorrentía, evitando el paso de ésta tanto hacia afuera como hacia adentro de la parcela. El agua que escurre es concentrada en un embudo colocado en la base, de donde por medio de un canal pasa a uno o varios tanques donde se recolectan las muestras para el análisis. Su tamaño más frecuente es de 44 m2 (2m x 22 m) y 9% de pendiente, aunque pueden ser utilizados otros tamaños. Se sugiere la adopción de una longitud mínima de 10 m para la evaluación de la escorrentía superficial, pudiendo ser sustancialmente mayor en el caso de evaluaciones relativas a prácticas de conservación y cultivo. La parcela debe evitar el paso del agua hacia adentro y hacia afuera, para lo cual son establecidos límites con bandas de metal, madera, plástico u otro material, cuya disposición se hace de canto en la tierra; sus bordes deben extenderse cuando menos 150-200 mm por sobre el nivel de la superficie del suelo (Leòn,2007). Figura 97. Parcelas de escorrentía CENICAFE, Chinchiná, Caldas.(Rivera,2007) En el tanque de sedimentación (A) se tiene un sistema de filtración para retener basuras y piedras, de donde el agua sigue a las cajas divisorias, a partir de las cuales pasa a un tanque recolector donde se toma la alícuota. El mejor tipo de caja divisoria es el de varias ranuras (5, 9 u 11 rectangulares), las cuales deben ser perfectamente iguales y estar en número impar y a igual distancia, con lo cual se obtiene un error inferior al 2%; el agua que pasa a través del canal central puede ser llevada a otra caja divisoria o al tanque recolector, en tanto que la que pasa por los canales restantes se evacúa. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La toma de muestras se hace revolviendo el agua de cada tanque para lograr uniformizar las partículas en suspensión. Se toma una muestra de volumen conocido de agua + sólidos la cual se seca en laboratorio obteniéndose así la cantidad de sólidos por unidad de volumen de agua de escorrentía. Presentan la ventaja de proveer información exacta para las condiciones in situ, pero deben tenerse mediciones de por lo menos 5 años consecutivos para poder hacer una modelación confiable. Figura 98. Tanque recolector (B) con 11 rejillas. (Rivera,2007) Simuladores de Lluvia Los simuladores de lluvia comenzaron a ser utilizados en los estados Unidos desde 1930. A partir de allí numerosos investigadores han ido adaptando y variando los equipos de acuerdo a las necesidades de sus experimentos (Mirelli, 1986 citado por Polanco & Buritica, 1994). Existen varios tipos de simuladores, los simuladores de laboratorio que aplican lluvia sobre pequeñas bandejas con suelo, los simuladores para invernadero y los simuladores de lluvia para experimentos de campo que son transportados para hacer mediciones in situ (Pla Sentis, 1981). Son útiles para obtener datos de erosión, infiltración, escorrentía superficial y transporte de sedimentos. Sin embargo, de las condiciones de lluvia que sean recreadas y del análisis cuidadoso de los datos de escorrentía/erosión obtenidos, dependerá la fiabilidad de la información para las condiciones especificas en que la lluvia ha sido simulada. El principal problema que presentan es la falta de precisión para replicar las características de un episodio tormentoso natural específico (Bryan, 1981; Lal, 1988 citados por Benito, de Blas, Santiago, & Varela, 2001). Consiste en la construcción de un artefacto que unido a una fuente de agua permita simular lluvia de diferente intensidad y duración mediante el uso de diferentes tipos de boquillas pulverizadoras donde el agua sale a determinada velocidad y posteriormente se cuantifica el arrastre de sedimentos. Su principal ventaja es que en función de la boquilla seleccionada, de la presión de salida del agua y de la altura a la que se sitúa, se pueden obtener lluvias de intensidades y energías muy diferentes y seleccionar aquellas que correspondan a las características de la lluvia natural de la zona. Las principales características de la lluvia natural que deben conseguirse con el uso del simulador son (MEYER, 1965; BUBENZER, 1979 citados por Benito et al, 2001): UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Distribución del tamaño de las gotas de lluvia similar a la de la lluvia natural. Velocidad de impacto similar a la velocidad terminal de las gotas en la lluvia natural. Intensidad de lluvia correspondiente a las condiciones naturales. Energía cinética similar a la de la lluvia natural. Lluvia uniforme y distribución aleatoria de las gotas. El uso de simuladores presenta ventajas como: Permite el control de las condiciones ambientales Facilidad de manejo por el tamaño de muestra Bajo costo Sire para realizar demostraciones Se pueden manejar muestras de suelo disturbado, sin disturbar y con diferentes coberturas. Entre las desventajas del método tenemos: Representatividad de la muestra Alteración de la muestra Longitud de la pendiente muy corta por lo tanto no es representativa Este método se utiliza a fin de determinar el factor K de un suelo pero su uso para comparar diferentes tipos de cobertura o sistema de cultivo es limitado Necesita usar agua desionizada La intensidad de la lluvia se gradúa con el tipo de boquilla, la presión inicial aplicada y la altura de caída. La velocidad de caída de las gotas se puede calcular a partir de la velocidad inicial, la altura de caída y el coeficiente de rozamiento, mediante el empleo de la siguiente ecuación: Vf = g/gV02)e-2x Donde g es la aceleración de la gravedad, el coeficiente de rozamiento, v0 la velocidad inicial y x la altura de caída. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El coeficiente de rozamiento está en función del tamaño de gota. La tabla 31 muestra los coeficientes calculados por Laws (1941) para diferentes tamaños de gota. Tabla 31. Valores de coeficiente de rozamiento según LAWS (1941) Si se desprecia el valor de fricción del aire, la velocidad final puede calcularse mediante la ecuación: Vf = 2gh UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 99. Simuladores de lluvia (Rivera, 2006). Las muestras con sedimentos se secan en estufa a 105 ºC y así se determina el peso de suelo perdido en gramos. La cantidad de agua infiltrada se puede calcular a partir de la diferencia entre el agua aplicada y el agua recolectada. Infiltración= Lluvia - Escurrimiento UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Fuentes Documentales de la Unidad 2 Fuentes Documentales de la Unidad 2 ACEVEDO, H. A. (12 de 2003). FERTILIDAD DEL SUELO. Recuperado el 10 de 8 de 2010, de http://www.sap.uchile.cl/descargas/presentaciones/Fertilidad%20en%20cero%20la branza.pdf AGÛERO, J. M., & ALVARADO, A. (1983). Compactacion Y Compactabilidad De Sue Los Agricolas Y Ganaderos De Guanacaste, Costa Rica. Agronomìa Costarricense, Vol 7, Nº 1 , 27-33. ALAKUKKU, L. (1997). Properties of fine-textured subsoils as afected by high axle load traffic. 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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIDAD TRES PRACTICAS DE CONSERVACION DE SUELOS Se estima e anualmente en el mundo se pierden entre 7 y 10 millones de hectáreas y miles de personas pierden sus vidas o son desplazadas a causa de procesos degradativos. Muchos de esos suelos se degradan no por malas prácticas agrícolas sino por otras causas como construcción inapropiada de obras de infraestructura, deforestación, mal manejo de aguas lluvias y aguas negras. La erosión y los movimientos masales, son procesos de degradación que avanzan en forma acelerada, tanto en las zonas rurales como urbanas debido al desconocimiento generalizado por parte de las comunidades sobre las causas y consecuencias de los mismos (Rivera, 2007). Millones de pesos se pierden en la construcción inadecuada de obras mecánicas de ingeniería convencional que suelen ser más costosas que los daños ocasionados por el proceso y que en la mayoría de los casos, lejos de prevenir y contener los procesos activos de degradación, los empeoran al ser mal diseñadas y enfocadas a contener los efectos de los procesos y no a detener y mitigar las causas de los mismos. Muchas tierras han sido abandonadas una vez que los “ingenieros expertos” han calculado obras tan onerosas que resulta imposible llevarlas a cabo. Los profesionales del agro deben asumir una responsabilidad real, con conocimiento de causa, a fin de llevar a cabo practicas adecuadas de conservación de suelos partiendo del principio de que la conservación de los suelos debe ser preventiva, utilizando tecnologías apropiadas de bajo costo. Cuando se trabaja desde la prevención no hay pérdidas humanas, las pérdidas económicas son mínimas, disminuye el número de damnificados y las pérdidas de infraestructura y las obras de control requeridas, también son mínimas. En esta unidad se describirán las diferentes prácticas de conservación, manejo y recuperación de suelos, tomando en cuenta aquellas de tipo puramente ingenieril así como las denominadas prácticas de Bio ingeniería que resultan mucho más adecuadas y económicamente viables para la recuperación de suelos y mitigación de procesos degradativos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 7: PREVENCION DE LA DEGRADACION DE SUELO “En todo el mundo, la degradación de la tierra tiene efectos adversos en la integridad ecológica y la productividad de unos 2.000 millones de hectáreas, es decir, casi un cuarto de todas las tierras utilizadas por el hombre”. FMAM (Fondo para el medio ambiente mundial) Lección 31: Amarre del suelo por efecto de vegetación arbustiva y arbórea Las tierras agrícolas, tanto en zonas secas como de bosques, son las más gravemente afectadas por la degradación de suelos. Abarcan aproximadamente una cuarta parte de la superficie terrestre total del mundo y producen el 95% de todas las proteínas de origen animal y vegetal, y el 99% de las calorías que consumen los seres humanos. Durante los últimos 50 años, dos tercios de las tierras agrícolas han sufrido degradación en cierta medida, y prácticamente el 40% de las tierras agrícolas del mundo se encuentran gravemente degradadas. En los últimos 25 años, se ha desforestado una superficie boscosa equivalente al territorio de la India. Particularmente en América Central y América del Sur, la expansión de los pastizales para la producción ganadera ha sido una de las causas de esta enorme destrucción (FAO, 2005). En el decenio de 1990, la superficie forestal mundial se redujo unos 94.000 kilómetros al año, superficie equivalente a la del Portugal. La mayor parte de las tierras desbrozadas y quemadas se destinaron al cultivo y al pastoreo. Según Yet ,Temple y Rapp (1972) citados por Morgan (1986), menos del 1% de las cicatrices de deslizamientos se presentan en áreas boscosas, 47% están en terrenos cultivados y otro 47% en terrenos en barbecho. La asociación de la erosión y los deslizamientos con la tala del bosque para la agricultura, queda así muy clara (Morgan, 1986). La tala del bosque para pasturas, causa una declinación sobre la resistencia al cortante tangencial de los suelos en un período de 5 a 10 años, necesarios para la pudrición de las raíces (Rivera, 2004). La vegetación arbórea y arbustiva permite que se presenten sistemas radicales de anclaje mayor en lo profundo y hacia los lados en el perfil del suelo, aumentando su resistencia a la ruptura, fracturación o fallamiento y con ello la estabilidad del terreno a los movimientos masales. (Rivera, 2001). El proceso de deforestación generalmente comienza cuando se construyen vías y carreteras. Una vez hay acceso llegan agricultores a colonizar, ampliando la frontera agrícola. Sin embargo los suelos de bosque son muy frágiles y su fertilidad depende exclusivamente del ciclaje de nutrientes que se da al interior del sistema natural. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Cuando los árboles desaparecen, el suelo queda descubierto, el mantillo se descompone y mineraliza rápidamente y no hay nuevos aportes de materia orgánica para continuar el ciclaje natural de nutrientes. Tras dos o tres años de cultivo continuo, el suelo se agota y entonces sobreviene la implementación de las pasturas naturales. En todo el transcurso del proceso, se ha dado paso no solo a la perdida de la fertilidad natural de los suelos sino a procesos de erosión y remoción en masa producto de la desestabilización de taludes, falta de amarre de raíces en zonas pendientes y falta de cobertura principalmente. Tras 5 o 10 años de sobrepastoreo, se suman procesos de degradación por erosión en terracetas, formación de cárcavas y movimientos de reptación y solifluxión. Cuando se remueve la vegetación, se acelera la ocurrencia de deslizamientos, debido a que se aumentan las presiones intersticiales que disminuyen la resistencia a la ruptura del suelo en un 60% (Swanston, 1969; citado por Ziemer, 1981 citados por Rivera, 2007). Según Lal (1982), el surgimiento de daños causados por la erosión en áreas cultivadas no es más que un síntoma de que fueron empleados métodos de cultivo inadecuados para determinada área y su ecosistema. En otras palabras prácticas agrícolas inadecuadas han sido utilizadas. No es la naturaleza (relieve e intensidad de lluvias), sino son los métodos irracionales de cultivo utilizados por el hombre, los responsables por la erosión y sus consecuencias nefastas. El agricultor puede, mediante la utilización de sistemas de cultivo adaptados al lugar, controlar eficazmente la erosión, reducir la escorrentía y aumentar la infiltración de agua en sus campos. Al remover la vegetación arbórea no solo se destruye el amarre del suelo si no que se incrementa el impacto de la lluvia sobre el suelo desnudo al no encontrar ningún obstáculo que la intercepte y le quite velocidad. La figura muestra la cantidad de lluvia que es interceptada por la cobertura arbórea evitando que produzca procesos de salpique y escurrimiento. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En presencia de cobertura arbórea y arbustiva, solo un 6% del agua lluvia fluye por escorrentía en la superficie y un 38 % ingresa al perfil de suelo y es aprovechada por los cultivos asociados. El 56% restante interceptada por vegetación. es la En ausencia de árboles 38% se infiltra y 62% escurre por la superficie. Figura 100. Efecto de cobertura arbórea en la interceptación de agua lluvia.(Farafán & Jaramillo, 2008) La tala completa de la vegetación arbórea para el establecimiento de pastos y cultivos genera una inestabilidad de las formaciones superficiales expresada por una gran cantidad de movimientos en masa. En pendientes fuertes, parte de la estabilidad se debe al enraizamiento (Rice, 1977 citado por Florez, 1986), tanto por el anclaje vertical como por el horizontal (Gray, 1971, Dyrnes, 1967, citados por Florez, 1986). Cuando en las partes altas se elimina la vegetación arbórea para establecer praderas, se incrementa el volumen de aguas de escorrentía que antes era interceptada por los arboles, podía infiltrarse y ser devuelta a la atmosfera por medio de la EVT. Cuando desaparecen los arboles, no hay regulación hídrica. El agua que se infiltra al no haber regulación por la absorción y transpiración de la vegetación, provoca la saturación del suelo haciéndolo inestable al superar el límite plástico. A la vez, al aumentar la presión de poros, las fuerzas de cohesión son superadas por las fuerzas tangenciales y se producen los desprendimientos. Sumado a esto, al no haber interceptación de lluvia por las copas y tallos de los arboles, se incrementa el volumen de agua de escorrentía provocando fenómenos de erosión laminar que con el tiempo desembocan en la formación de cárcavas. Figura 101. Desestabilización de laderas por cambio de uso del suelo, eliminación del componente forestal en la parte alta y efecto de aguas de escorrentía. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, consciente de la fragilidad del ecosistema cafetero, ha venido investigando desde 1949 todos los procesos relacionados con la erosión de los suelos de ladera, sus causas y consecuencias. Con el fin de inducir a los agricultores de las Zonas de Ladera en la conservación preventiva de los suelos contra la erosión, y al desarrollo de una agricultura sostenible, se ha venido haciendo una serie de recomendaciones producto de la investigación y observaciones de campo. Los trabajos de Rivera durante más de 20 años de investigación, se han enfocado en desarrollar y promover prácticas enfocadas a la prevención de los procesos degradativos de suelo a nivel de finca. Aquellas relacionadas con el manejo de vegetación, que deben implementarse a fin de prevenir los procesos de degradación de suelos son: Selección y localización apropiada de los cultivos con base en sus requerimientos ecológicos mínimos, teniendo en cuenta la relación roca-suelo-clima-planta (uso potencial del suelo). Debe respetarse la vocación y clasificación agrologica de suelos al momento de elegir no solo el tipo de cultivo más adecuado sino el tipo de arreglo espacial , las distancias de siembra , el tipo de trazo , la necesidad de sombrío, de barreras de árboles para amarre del terreno o de barreras rompevientos. La caficultura colombiana en su mayor extensión, va en contra de la clasificación agrologica de suelos. Si observamos, la mayoría de cultivos se encuentran en terrenos de clases IV, VI y VII, en donde la aptitud de uso debe ser para cultivos agroforestales y bosques de protección. Es decir que de por sí, la caficultura crea un conflicto de uso. Pese a ello, se ha demostrado que puede desarrollarse una caficultrura sostenible siempre y cuando en este tipo de suelos se desarrollen sistemas agroforestales. Las investigaciones desarrolladas por CENICAFE han demostrado que es ambiental y económicamente factible la asociación del cafeto con especies forestales. Figura 102. A. Sistema agroforestal café B. Café, Cordia alliodora, Inga sp. y y Cordia alliodora con zanjas de infiltración (REHAB, 2003) plátano UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Cultivos intercalados apropiadamente, sin causar competencia al cultivo principal. Siempre que se escojan las distancias de siembra apropiadas para que no haya competencia por luz, espacio y nutrientes es factible manejar sistemas agroforestales con otros cultivos. Estos arreglos además de que aportan estabilidad a los terrenos pendientes aportan beneficios adicionales como aporte de materia orgánica, cobertura del suelo por hojarasca y disminución de costos en el control de arvenses. Figura 103. A. Asociación Nogal cafetero con Piña. La Honda- Risaralda B. Asociación Schizolobium parahybum con pasto y cultivos agrícolas, Costa Rica. Las especies más utilizadas en arreglos agroforestales de zona cafetera y que han sido evaluadas por CENICAFE son: Cordia alliodora (Nogal caftetero), Erythrina edulis (Chachafruto), Cedrela odorata (Cedro de altura); Gmelina arbórea; Leucaena leucocephala; Tabebuia rosea (Guayacán rosado), Tectona grnadis (Teca), Montanoa quadrangularis (Arboloco), Schizollobium parahybum (Tambor), y Heliocarpus popayanensis (Balso). Uso de Coberturas vegetales multiestratas en Zonas de evacuación de aguas de escorrentía y amarre de riberas de ríos, quebradas y taludes, con vegetación protectora. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 104. Trinchos disipadores de energía para canalización de aguas de escorrentía con vegetación multiestrata. Vereda Cabuyal, sector Ventiaderos, Cali Km 18. Autor: Tatiana Quiroz, 2007. A continuación se explica el problema y las causas que se atacaron con estas obras de bioingeniería: Problema: Deslizamientos en los taludes del camino veredal. La desestabilización de la banca del camino por efecto de las aguas de escorrentía, dio inicio al socavamiento en negativo lo que originó un proceso de cárcava remontante hacia ambos lados de la cuchilla. Diagnóstico: Material parental: Basaltos. Suelos del Orden Inceptisol. Clima: Cálido. Régimen de lluvias Unimodal con Precipitación anual promedio 1800 mm. Vegetación: Pasturas Causa: Aguas de escorrentía de los potreros de la parte superior al camino y de los caminos veredales que desestabilizaron el talud y la banca del camino. También había fugas en las mangueras de conducción de agua. Esa agua se estaba infiltrando causando un incremento en la presión de poros. Manejo: La figura 104 muestra la obra ya estabilizada. En principio, se invirtió la dirección de los peraltes del camino para llevar las aguas de escorrentía por las cunetas del los taludes superiores y evitar el desbordamiento por el talud inferior hacia el vacío en donde se había formado la cárcava remontante. En las cunetas se colocaron disipadores de energía en guadua. Se realizaron ventanas de evacuación de aguas de escorrentía hacia los potreros laterales a lo largo de los caminos. Se canalizaron las aguas de escorrentía del camino y de los potreros de la parte alta mediante un filtro para sacarlas al otro lado del camino y se recibieron mediante trinchos disipadores de energía hasta la parte baja. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Se construyeron terrazas escalonadas en la pata del talud superior y desde la cabeza de la cárcava de la parte inferior de la banca del camino, las cuales se revegetalizaron con estacas de Nacedero, Sangregado, Guadilla y plantas de Chachafruto y Guamo, logrando una vegetación multistrata de amarre. Figura 105. Estabilización de la cárcava mediante vegetación multistrata. Autor: S.Gómez, 2007. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 32: Manejo de Coberturas Nobles Se estima que las pérdidas de cultivos debidas a la interferencia de arvenses oscilan entre un 10 y un 35 % para cultivos permanentes y puede ser hasta del 100% en cultivos de ciclo corto. A nivel mundial, el control de las arvenses se constituye en la labor más costosa de manejo del cultivo del café (30 a 40% de los costos de producción) (Oerke et al.,1994). Gómez et al., (1985) reportan que en Colombia el control de arvenses en el cultivo de café con azadón y machete constituye una inversión dentro de los costos de producción entre el 17 y 22 %, considerados muy altos en relación con éstos. Esto ha llevado a un manejo irracional de las arvenses durante generaciones, implementando prácticas como las deshierbas no selectivas con azadón, con arados y con herbicidas que dejan el suelo totalmente expuesto por lo menos durante 2 meses. Basta con un aguacero de 30 minutos sobre suelo desnudo para lograr una pérdida de suelo por arrastre de 10 tn.ha-1. McGinnis et al(1978) reportaron en estudios realizados en suelos de Santa Fe de Panamá con 1900mm de lluvia anual durante 220 días, para el total de elementos K, Ca, Mg, Na, Fe, Cu, Zn, Mn, P perdidas de: 265 kg/ Há/año por escorrentía 138 Kg/ Há /año por erosión Por el contrario, en suelos con cobertura de bosque, encontró ganancias por adición de elementos lavados desde los arboles así: Bosque: 688.4 Kg/Ha/año 543.5 Kg Restos Vegetales 30.3 Kg por lavado de hojas y troncos Mientras que en campo libre (pasturas), las adiciones solo fueron del orden de 114.6 Kg/Ha/año. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 32.1 El selector de arvenses En 1982 en Colombia, como consecuencia de la degradación alta de los suelos por erosión por el mal uso de herbicidas en plantaciones de café, se inició en el Centro Nacional de Investigaciones de Café (CENICAFÉ) el proyecto de investigación para el Manejo integrado de arvenses. El proyecto se enfocó en determinar la forma oportuna y conveniente de aplicar los métodos manuales, mecánicos (el machete, la guadañadora) y los herbicidas aplicados racionalmente, con el fin de hacer selectividad y lograr establecer las coberturas “nobles” que no compiten económicamente con los cultivos, protegen el suelo de la erosión y regulan las aguas de escorrentía (Rivera, 2007). Las arvenses interfieren los cultivos en diferentes grados. Esa interferencia se da por competencia de recursos como luz, espacio, nutrientes y agua. Las razones por las que una arvense se considera de interferencia alta son: Frecuencia alta. Agresividad. Crecimiento más rápido que el del cultivo Alelopatía. Altura mayor que el cultivo. Sistema radical fasciculado, superficial (gramíneas altamente competitivo con el sistema radical del cafeto. y cyperaceas) Difícil control manual y mecánico. Producción alta de semillas (Sida acuta : 6000 semillas /año). Propagación por semilla y vegetativa. Condiciones ambientales altamente favorables para su desarrollo. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico Tabla 32. Arvenses de interferencia alta Nombre Vulgar Nombre científico Gramalote, gramilla, paja Paspalum paniculatum L brava Argentina, bermuda, Cynodon dactylon L. grama, estrella gigante Alambrillo, guarda rocío barcacoa, Digitaria horizontales Wild. Cortadera, zacate de Cyperus ferax L. Rich corona, corocito, coquillo. Escoba, escoba amarilla, Sida acuta Burm F. escobadura – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 33. Arvenses de interferencia media Nombre Vulgar Nombre científico Masequìa Bidens pilosa Liendrepuerco. Cyathula H.B.K Moradita Cuphea micrantha H.B.K. achyrantoides El Selector de Arvenses ha demostrado ser el equipo más eficiente como método de control químico dentro del Programa de Manejo Integrado de Arvenses ya que permite hacer parcheos selectivos y seguros sobre las arvenses indeseables o más agresivas en los cafetales. Al ejercer su acción por contacto, se evitan los daños a los cultivos por deriva que son frecuentes cuando se utilizan equipos de aspersión para la aplicación de herbicidas. Al atacar únicamente las arvenses agresivas se ayuda a que las arvenses nobles de hábito rastrero se establezcan formando un colchón. Una vez que ellas han ocupado el espacio no habrá lugar para las arvenses agresivas y se tendrá el suelo cubierto durante todo el año sin perjuicio de la producción del cultivo. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Dada su versatilidad se utiliza en todo tipo de cultivos con muy buenos resultados no solo para el control en las calles sino también para los plateos, con lo que estos resultan más económicos que cuando se hacen de forma manual. La figura 106, muestra el Selector, que consiste en una estructura de PVC de ¾ de pulgada en forma de T. El tubo principal hace la función de mango y de tanque de almacenamiento. Tiene capacidad para un litro de mezcla de agua y herbicida. El tubo inferior actúa como dispensador de la mezcla, la cual sale por dos orificios de menos de 1mm de diámetro, descargando entre 450 y 800 cc por hora. El tubo de descarga se cubre con una felpa que ayuda a distribuir la mezcla de forma homogénea por todo el brazo. La Tabla 34 muestra los materiales necesarios para construir el selector de arvenses. Tabla 34. Materiales para la construcción del Selector de Arvenses Avance técnico CENICAFE Nº 271. Rivera, 2000. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 106. Selector de Arvenses. Rivera, 2000. Para iniciar un programa de manejo integrado de arvenses que conduzca al establecimiento de coberturas nobles los pasos a seguir son: Cortar inicialmente las arvenses en el lote, a una altura entre 3 y 5cm con machete o guadaña. Nunca debe utilizarse azadón para la labor de deshierba en zona de ladera. Esperar el rebrote de las arvenses durante 20 o 30 días, hasta que tengan una altura aproximada de 10cm. Aplicar con el selector la mezcla equivalente a 100 cc de Glifosato + 900cc de agua, por parcheos sobre las arvenses más agresivas. Entre las ventajas del uso del selector para establecer un programa de MIA se encuentran: Para el operario, resulta una labor más cómoda y menos fatigante, debido al menor peso del equipo (0,7 kg a 0,8 kg vacío y 1,3 a 1,4 kg lleno) El uso de la guadaña y el machete con el criterio de conservación del suelo (3 a 5 cm de altura del suelo) también hace que estas labores puedan hacerse en menor tiempo. Se evita la deriva del producto, disminuyendo los riegos de intoxicación al operario y fitotoxidad del cultivo. Menor riesgo de contaminación ambiental para la fauna y la flora, y menor riesgo de degradación de la calidad de las aguas superficiales y UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades subsuperficiales, debido al uso de volúmenes bajos de la mezcla herbicida y la aplicación dirigida y selectiva del producto. Aplicación bajo volumen (5 a 10 L de agua /ha). Se hace más fácil y económico el transporte de agua especialmente en zonas de ladera. Mayor rendimiento de la labor (0,5 a 2j/ha). Menores costos de producción 85% menos que el control a machete. Permite realizar la labor de forma oportuna, adecuada y efectiva que no permite la interferencia negativa de las arvenses. Se facilita el establecimiento de arvenses nobles, protegiendo el suelo contra la erosión con una eficiencia máxima del 97%, sin afectar el rendimiento del cultivo principal o de los asociados a este 32.2 Uso de coberturas muertas. El uso de cobertura vegetal muerta y la asociación de cultivos constituyen una alternativa frente a los cultivos limpios que causan degradación al suelo precisamente porque es necesario mantener el suelo desprotegido para evitar la interferencia de arvenses. Este sistema garantiza una protección continua al suelo, mejorando la producción y reduciendo los aportes externos, aumentando la biodiversidad del agroecosistema (Primavesi 1982, Altieri 1996). Con estas técnicas, se estará mejorando la estructura, fertilidad y disponibilidad de nutrientes, para que los micro y macro organismos del suelo disminuyan la competencia por agua, luz, oxígeno, CO2 y minerales. Además, las plantas aprovechan los nutrientes que la cobertura vegetal proporciona una vez que comienza su proceso de descomposición, incrementando la disponibilidad de elementos (Primavesi 1982 citada por Contreras & Moreno, 2 0 0 5).). También se puede disminuir la aplicación de riego y pesticidas, que por su uso inadecuado están causando daños ecológicos, económicos y sociales (Contreras & Moreno 2005). Bajo una capa lo suficientemente gruesa de residuos secos (Mulch), la mayoría de las arvenses no sobreviven y el reducido número que logra atravesar el acolchado puede ser fácilmente arrancado a mano. La cobertura vegetal muerta ofrece varias ventajas para el suelo: Permite obtener una elevada diversidad biológica, incrementando la bioestructura del suelo Impide la erosión del suelo, al mantenerlo cubierto con vegetación Mejora la estructura del suelo y la estabilidad estructural una vez se descompone y se integra al suelo Permite una elevada actividad microbiológica en el suelo al aumentar la temperatura UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Sirve de nicho ecológico para la entomofauna útil (Ingenieros del suelo) Aporta materia orgánica al suelo y mantiene por más tiempo la humedad disponible para las plantas (Primavesi 1982, Kreuter 1994, Núñez 1997 citados por Contreras et al, 2005). Para el agricultor representa una disminución en la mano de obra de labores como plateo y deshierba manual, menor requerimiento de riego, menor requerimiento de picado y repicado del suelo para nuevas siembras puesto que el suelo no se compacta ni se sella por el efecto del salpique y mayor aprovechamiento de los fertilizantes químicos y orgánicos ya que la microbiota permanece más activa. El control de las malezas consume más del 60 por ciento del tiempo de un pequeño agricultor. La agricultura de conservación mediante el uso de coberturas, reduce la energía y el tiempo requeridos (por ejemplo, el combustible para las máquinas y las calorías para el hombre y los animales). En ensayos en gran escala en el IITA, Nigeria, se encontró que la labranza cero requería 52 MJ de energía y 2,3 horas de trabajo por hectárea comparado con 235 MJ y 5,4 horas en la labranza convencional (Wijewardene, 1979 citado por FAO, 2004). El uso de herbicidas de pre y post siembra en un régimen de no labranza en Ghana requirió solo 15 por ciento del tiempo necesario para la preparación del lecho de semillas y el control de malezas con una azada, mientras que en Senegal, la reducción de las jornadas de trabajo en arroz fue de 53-60 por ciento (Finlay y Hutchinson, 1999 citados por FAO, 2004). En un ensayo llevado a cabo en México se comprobó la eficiencia de la cobertura muerta de cañuela de maíz picada en cultivos de maíz y de cacahuate. En el cultivo de cacahuate, el mayor rendimiento se debió a un mejor régimen de humedad bajo cubierta del suelo, ya que, en promedio, el cacahuate sin cobertera mostró un contenido de humedad inferior en 2.3% al registrado bajo cobertera, lo cual representó 5 mm más de agua disponible. La tabla 35 muestra los resultados. En el cultivo de maíz existió, en promedio, 1.2% más humedad en el tratamiento que llevó los residuos vegetales, lo cual representó una lámina extra de agua de 3.2 mm en los primeros 20 cm de profundidad. El rendimiento de maíz se afectó favorablemente por el mayor contenido de humedad (Ruiz, Bravo, & Loaeza, 2001). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 35. Resultados de producción de cultivos con coberturas muertas Ruiz, Bravo, & Loaeza (2001). 32.3 Coberturas vivas El empleo de plantas de cobertura fue una parte integral de la mayoría de los sistemas agrícolas en todo el mundo hasta la década de los 40. Luego de la segunda guerra mundial, los adelantos tecnológicos dieron paso a la revolución verde con las consecuencias que hoy todos conocemos. El estado de degradación de los recursos suelo ya gua y los altos costos de producción han provocando que nuevamente se retomen prácticas agrícolas como el uso del barbecho y cultivos de cobertura o abonos verdes. Las plantas de cobertura nunca son sembradas con el objetivo de cosecharlas y obtener beneficio económico de ellas. Su objetivo es el de llenar un vacío en el tiempo en el que el suelo permanece desnudo bien sea mientras el cultivo principal se establece o simplemente en surcos y callejones que de no ser utilizados, serían invadidos por las malezas como es el caso de los huertos frutales. Los cultivos de cobertura tienen la función de proteger el suelo de la lluvia y el viento, mejorar la fertilidad (leguminosas y ciclaje de nutrientes), mejorar la estructura del suelo por efecto de las raíces y suprimir plagas, incluyendo malezas, insectos y patógenos al cortar ciclos de vida y al proveer un nicho para el establecimiento de controladores naturales. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La tabla 36, muestra las plantas mas utilizadas como coberturas vivas, entre las que destacan el Kudzu, Desmodium, Arachis (Maní forrajero) y Frijol Mucuna o terciopelo. En cultivos perennes se destacan las ventajas del Kudzu y el Desmodium como controladores de malezas y para conservación de agua en el cultivo de Palma aceitera. En banano se han encontrado beneficios con el uso de Arachis para controlar malezas y como regulador de nematodos. Tabla 36. Especies utilizadas como coberturas vivas Fuente: Sancho & Cervantes (1997). De la Cruz et al (1994) citados por Sancho et al (1997), evaluaron el asocio de maíz con diferentes coberturas durante 3 ciclos de siembra en Santa Cruz de Guanacaste. De las leguminosas evaluadas, el frijol Mucuna mostró los mayores porcentajes de cobertura a los 30 y 60 días. Esta cobertura ejerció un adecuado control (95%) sobre la arvense conocida como caminadora (Rotboellia UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades cochinchinensi), considerada como problema en todo el mundo, sin detrimento de los rendimientos del cultivo. La Mucuna también es un buen extractor de Ca del suelo, por lo que en suelos con contenidos bajos del nutriente su incorporación como abono verde permite un mayor reciclaje y disponibilidad del elemento (Cervantes et al, 1993). Figura 107. Cobertura viva Arachis pintoi (Maní forrajero) en un huerto de Averrhoa carambola (Carambolo o Tamarindo chino) (Cervantes et al, 1993). Figura 108. Cobertura con fríjol Mucuna. (Cervantes et al, 1993). Izquierda: Sembrado como abono verde Derecha: Como cobertura muerta en un cultivo de maíz UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 33: Agricultura de Conservación En la agricultura convencional el suelo es frecuentemente considerado sólo como un substrato que proporciona apoyo físico, agua y nutrientes a las plantas y se asume que los agricultores deben suplir todas las necesidades de la planta, tales como nutrientes, protección y agua con insumos externos al sistema (FAO, 2002). La labranza del suelo es considerada una de las operaciones más importantes para crear una estructura favorable del suelo, preparar el lecho de las semillas y controlar las malezas. El uso de maquinaria e implementos de forma reiterada termina por destruir la estructura del suelo al reducir el tamaño de los agregados. La erosión del suelo inducida por la labranza puede llegar a generar pérdidas de suelo de más de 150 t/ha anuales. El aumento de hectáreas degradadas e inservibles para la agricultura ha llevado al desarrollo de nuevas formas de producción dentro de lo que denominamos hoy como agricultura de conservación. Hay varios criterios interrelacionados que distinguen la agricultura de conservación de un sistema de agricultura convencional: No uso de tala y quema Labranza reducida o labranza cero Cobertura permanente del suelo viva o muerta Rotación de cultivos. En la dinámica de K,Ca,Mg la Materia orgánica viva (cobertura), muerta y el humus, tienen un papel fundamental en los procesos de pérdidas. Inicialmente, después de la quema los contenidos aumentan, pero por efectos de lavado y erosión las perdidas llegan a la mitad y hasta a la cuarta parte de esos contenidos después de un año: Suarez de Castro et al, en Chinchiná- Colombia, con 2700mm de lluvia anual, pendientes entre el 3 y 10 %, encontraron que después de la quema de vegetación los contenidos de nutrientes se incrementaban siendo del orden de: Ca: 1.52 a 1.82 mequv/100 gramos Mg: 0.6 a 0.8 mequiv/100 gramos K: 0.19 a 0.55 mequiv/100 gramos Un año después la disminución de los contenidos llegó a la mitad para Ca y Mg y hasta la cuarta parte para K. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La biomasa producida por el sistema se mantiene sobre la superficie del suelo y sirve como protección física del mismo y como substrato de la fauna del suelo. De esta forma, la mineralización se reduce y la materia orgánica del suelo se mantiene o aumenta. La emisión de bióxido de carbono a la atmósfera está relacionada con los procesos de mineralización y descomposición de la materia orgánica por los microorganismos (Lal, 1999). La emisión de CO del suelo aumenta con la labranza, al mezclar los residuos de los cultivos y otra biomasa de la superficie del suelo y por la quema de la biomasa. 2 En el sistema de labranza cero, los cultivos se plantan a través de las coberturas con herramientas especiales. Sin embargo, la no labranza no implica que sea agricultura de conservación. Cuando el agricultor labra la tierra al menos para un cultivo dentro de la rotación o no mantiene una cobertura permanente del suelo, no está haciendo agricultura de conservación. Además de la labranza mínima y el uso de coberturas, la rotación y asocio de cultivos implican una planificación de las secuencias de los cultivos para varias temporadas, con el fin de minimizar el aumento de enfermedades y plagas y para optimizar el uso de los nutrientes de las plantas por medio de la sinergia entre los diferentes cultivos, alternando las especies de raíces superficiales con aquellas de raíces profundas a fin de lograr un mayor ciclaje de nutrientes a través del perfil del suelo. Cuando se implementa el modelo de agricultura de conservación, el uso continuo de la tierra está permitido y no es necesario dejar el suelo en descanso o barbecho. Los residuos del cultivo y el cultivo de cobertura permanecen sobre la superficie del suelo hasta que de forma natural se descomponen y se integran a la masa de suelo. No está permitida la quema de residuos. Las enmiendas como cales y los fertilizantes que sean necesarios deben ser aplicados en superficie. La agricultura de conservación ha evolucionado a partir de la labranza cero. El sistema de labranza cero o no labranza se basa en el uso de los residuos de los cultivos para la cobertura de la superficie, la siembra de la semilla sobre la cama de residuos sin disturbar el suelo y en el mejoramiento de los ciclos naturales en el suelo. Con el correr del tiempo, los elementos vivos del suelo hacen las funciones de la labranza tradicional, aflojando el suelo y mezclando sus componentes. Pero además de esto, el incremento de la actividad biológica crea una estructura estable del suelo por medio de la acumulación de materia orgánica (FAO, 2004). La experiencia ha demostrado que los sistemas de agricultura de conservación obtienen altos niveles de rendimiento comparables con los sistemas de agricultura convencional pero con menores fluctuaciones debidas a los desastres naturales tales como sequías, tormentas, inundaciones y deslizamientos de tierra. Por lo tanto, contribuye a la seguridad alimentaria, reduce los riesgos para las comunidades y disminuye los costos para el Estado en lo que concierne a un menor gasto en mantenimiento de caminos y cursos de agua y menos asistencia de emergencia. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Entre los beneficios puramente ambientales se encuentra un mejor uso de suelos y aguas, menos inundaciones, menos erosión, menos desertificación, flujo más constante en las corrientes de agua, mejor recarga de las aguas subterráneas, mejor calidad del agua gracias a la menor contaminación y menos sedimentos aguas abajo; mayor secuestro de carbono, menor degradación de la materia orgánica y mayor biodiversidad por medio de la diversificación. Investigaciones en sistemas de labranza cero en Brasil demostraron que la reducción de la labranza y la adición de nitrógeno por parte de las leguminosas en los sistemas de producción aumentaron el total de nitrógeno en el suelo. Los sistemas intensivos de producción consistían de avena y trébol como cultivos de cobertura y el maíz sembrado posteriormente e intercalado con caupí (Vigna unguiculata) bajo labranza cero. Después de cinco años, la capa de suelo 0-17,5 cm contenía 490 kg.ha-1 más de nitrógeno en el suelo que el sistema tradicional avena-maíz bajo labranza convencional. Después de nueve años el sistema tenía un aumento de 24 por ciento de nitrógeno en el suelo comparado con la labranza convencional (Amado et al., 1998). Calegari y Alexander (1998), encontraron que después de nueve años, el contenido de fósforo inorgánico y total de la capa superficial de 0-5 cm era hasta un 25 % más alto en las parcelas con cultivos de cobertura. Dependiendo del cultivo de cobertura, el incremento fue de dos a casi 30 por ciento. Esto indica que los diferentes cultivos de cobertura tienen una importante capacidad de reciclaje de fósforo y que esta mejoraba más aún cuando los residuos eran retenidos en la superficie. La mayor capacidad de intercambio de cationes (CIC) se encontró en los sistemas de cultivos basados en leguminosas con un mayor contenido de materia orgánica; especialmente los sistemas con Guandúl (Cajanus cajan) dieron un 70 por ciento de aumento del CIC comparados con el sistema barbecho-maíz. Los niveles más altos de K, Ca y Mg intercambiables fueron encontrados en sistemas conteniendo Guandúl y Dolicos (Dolichos purpureus) y los más bajos en los sistemas conteniendo trébol. Es posible que los sistemas con trébol hayan incrementado la lixiviación de NO-3 lo cual puede haber sido acompañado por un incremento de la lixiviación del Ca y Mg intercambiables (Burle et al., 1997 citado por FAO 2004). 33.1 Implementando el Sistema de Agricultura de Conservación Cuando se comienza un programa de agricultura de conservación es necesario garantizar ciertas condiciones. Por lo tanto es necesario hacer correctivos previos a efectos que pueden estar presentes como encostramiento, compactación, deficiencias de nutrientes, acidez o presión muy alta de arvenses agresivas. En el caso de compactación y dependiendo de la profundidad del hardpan puede ser necesario hacer labores de subsolado. El subsolado rompe las capas profundas, afloja el suelo en profundidad, mejorando la infiltración del agua, la porosidad y la estructura. El subsolado de suelos compactados o degradados UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades puede dar resultados espectaculares debido a la mayor infiltración de agua con aumentos inmediatos de rendimiento de más de 30 por ciento. Para evitar la re compactación del suelo después de hacer el subsolado, es necesario llevar a cabo otras labores al mismo tiempo como la incorporación de abonos verdes y materia orgánica. Puede ser necesario repetir el subsolado durante el segundo año aun cuando ya se esté trabajando con cero labranza. El subsolado biológico usando especies de raíces profundas como el guandú (Cajanus cajan) y el ricino (Ricinus communis) para romper el piso de arado, pueden ser una opción económica y sostenible, si bien más lenta, ya que los elementos vegetales permanecen en el suelo en forma de canales de las raíces, y porque se agrega materia orgánica adicional al suelo (FAO, 2004). Antes de convertir un campo a la labranza cero se debe obtener una superficie del suelo lo más suave y uniforme posible. Los surcos de los arados, las huellas de las máquinas o tractores y los surcos de erosión, deben corregirse dejando la superficie lo más homogénea posible. Las deficiencias de nutrientes y la acidez, deben corregirse mediante la adición de enmiendas como cal agrícola, dolomita, yeso y materia orgánica dependiendo de las necesidades en cada sitio. El MIA se inicia generalmente con ayuda del uso de herbicidas para ir eliminando las arvenses agresivas y lograr establecer una cobertura noble. Los suelos muy degradados deben ser sembrados durante 1 a 3 ciclos con abonos verdes que deben ser incorporados al suelo de forma profunda, antes de dar paso a la primera siembra de cultivo. Entre más degradado este el suelo al inicio del programa, más tiempo se requerirá para lograr unas condiciones mínimas para la agricultura y más tiempo tardará el sistema en auto regularse y volver a ser productivo con un mínimo de insumos y energía externos. Un proceso de conversión al modelo a agricultura de conservación puede llevar entre 4 y 10 años. 33.2 Sistema Agroforestal Quesungual El sistema agroforestal Quesungual (Figura 109), es un sistema agroforestal nativo de Honduras. Su característica principal es la combinación de la regeneración natural de árboles y arbustos nativos podados con componentes más tradicionales de la agro silvicultura tales como las maderas de alto valor y los árboles frutales. Se ha adoptado como alternativa al anterior sistema de rosa y quema que estaba llevando a la desertización del país y a una hambruna debido a la merma en la producción de maíz y frijol, bases de la alimentación de la población hondureña. Se encuentra sobre todo entre los pequeños productores (1-3 ha). El sistema consiste en que antes de la siembra se quita la vegetación a mano, sin quema; en algunos casos los agricultores usan herbicidas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Aún en la estación seca los árboles son cortados a 1,5-2 m de altura para eliminar las ramas y los rebrotes y dejar luz para el próximo cultivo. El material podado es usado como cobertura del suelo. Las ramas y los troncos pueden ser usados como leña o como postes y se retiran de la parcela. En general, los árboles de alto valor maderable y los frutales no se podan. Los agricultores obtienen una densidad ideal por medio del manejo de la regeneración natural. Una parcela típica consiste de numerosos árboles podados y arbustos y 15 a 20 árboles de grandes dimensiones para madera y fruta. La diversidad de especies en el sistema es alta. Se utiliza labranza cero para la siembra de cultivos y la labranza mínima en situaciones muy específicas. El mayor sistema de producción de la región es la agricultura de subsistencia es maíz, frijol y sorgo, sembrados de forma alternada. El maíz es el primer cultivo. Antes de la siembra del segundo cultivo, por lo general frijoles, la tierra se limpia una vez más pero los árboles y arbustos no son necesariamente podados. Los fertilizantes minerales solo se usan cuando el maíz o el sorgo se usan como primer cultivo. Durante el crecimiento del cultivo se limpia de malezas solo una vez, por lo general a mano o con un herbicida. Los cultivos se cosechan en la forma tradicional dejando los tamos en el lote. Figura 109. Sistema Quesungual, Lempira, Honduras. Autor: A.J.Bot (FAO, 2004) Comparado con los agricultores que no cambiaron su sistema tradicional de roza y quema, los agricultores que usaron el sistema Quesungual no tuvieron mayores pérdidas de maíz durante el período de sequía de El Niño en 1997. Incluso en el año siguiente cuando el huracán Mitch pasó sobre América Central con lluvias torrenciales y muchos agricultores perdieron sus cultivos por segunda vez, los agricultores que usaban el sistema Quesungual obtuvieron rendimientos similares a los del año anterior a El Niño. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 33.3 Barbechos Mejorados Los agricultores en Kenia utilizan Tithonia sp (Boton de oro) como abono verde. Puesto que la incorporación al suelo resulta costosa, no la utilizan para cultivo de maíz pero si para cultivos de alto valor como repollos (Brassica sp.), frijoles blancos, tomate y pasto elefante. La Tithonia la mantienen en setos internos y linderos así como en terrazas cercanas a los cultivos para ahorrar tiempo en el transporte del material cortado al campo. Cortan y pican los tallos jóvenes antes de que florezcan y los incorporan de forma profunda en el suelo que va a ser sembrado. Figura 110. Cerco de Thitonia en una parcela agrícola en Kenia . FAO (2004) Para restaurar la fertilidad del suelo en un período más corto que el del barbecho tradicional, se introducen en el sistema leguminosas de crecimiento rápido como Crotalaria sp., Tephrosia vogelii y Sesbania sesban (sin: Dolichos aeschynomesesban Forssk). Durante las lluvias largas de marzo a julio, cuando se cultiva el maíz, las leguminosas se siembran debajo de este o durante la segunda eliminación de las malezas. Después de la cosecha del maíz, las especies de crecimiento rápido dominan y usan la humedad remanente en el suelo y el agua de las lluvias cortas que comienzan en setiembre. En febrero, se cortan las leguminosas y se dejan secar por unos pocos días; después se quitan del campo los tallos leñosos que serán usados como combustible y las hojas se incorporan al suelo por medio de la labranza. Con la llegada de las lluvias largas se siembra nuevamente el maíz. Después de tres años de producción de maíz se repite el mejoramiento del barbecho y el maíz se puede sembrar por otros tres años hasta el momento en que empiezan a declinar los rendimientos. La diferencia con la forma tradicional de preparación del suelo es que el barbecho no se quema antes de la siembra. Solo se ha encontrado inconvenientes cuando se hace el barbecho con Sesbania porque atrae nematodos que se vuelven problema al establecer cultivos susceptibles como tabaco, tomates y frijoles que en este caso, tendrán rendimientos bajos. Berlingeri, Yuncosa & Pèrez (2008), evaluaron 5 leguminosas para un manejo de barbecho mejorado en Venezuela. Las especies fueron Mucuna pruriens, Stizolobium aterrimum, Vigna unvellab, Vigna unguiculata y Crotalaria juncea . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades M. pruriens es una planta trepadora semi-leñosa de ciclo anual; S. aterrimum es un arbusto perenne; V. unguiculata y V. unvellab son plantas herbáceas de ciclo corto y C. juncea es un arbusto erecto anual. V. unguiculata fue la que presentó mayor cobertura desde el comienzo de la evaluación alcanzando el 100% en el segundo mes, momento que coincidió con su floración. M. pruriens presenta un crecimiento más lento, estableciendo una cobertura del 100% 3 meses después de la siembra. S. aterrimum logró un 80% de cobertura al cuarto mes después de la siembra, siendo la de más lento crecimiento y cobertura. Sin embargo es una especie de crecimiento indeterminado que puede dejarse sobre el terreno más tiempo sin importar que comience a florecer. Abreu (1996) citado por Berlingeri et al (2008), bajo las condiciones del valle medio del río Yaracuy, encontró que C. juncea resultó ser la especie más protectora del suelo durante la época lluviosa y seca, con un sistema de siembra a chorro corrido en hileras separadas a 0,4 m y al voleo, alcanzando un 100% de cobertura del dosel a los 146 días después de siembra. Es necesario evaluar para las diferentes especies, la forma de siembra y la densidad de siembra para lograr los mejores resultados en el menor tiempo posible. 33.4 El método Fukoka Masanobu Fukuoka fue un agricultor y microbiólogo japonés, autor de las obras La Revolución de una Brizna de Paja y La Senda natural del Cultivo. Comenzó su carrera como edafólogo y luego se interesó por la fitopatología. Finalmente quiso encontrar una alternativa a la agricultura moderna y fruto de su trabajo, presenta sus propuestas para una forma de agricultura denominada por él, como Agricultura Natural. La esencia del método es reproducir las condiciones naturales tan fielmente como sea posible de modo que el suelo se enriquece progresivamente y la calidad de los alimentos cultivados aumenta sin ningún esfuerzo añadido. El método no permite realizar ningún tipo de preparación de terreno, escardas, deshierbas, fertilización ni control de plagas. Lo que hace es asegurar un equilibrio natural y ayudar a la germinación de la semilla por medio de bolitas de arcilla (Nendo Dango), que resguardan y mantienen húmeda cada semilla sobre el campo sin labrar ni limpiar hasta el momento en que logra germinar y establecerse. Las bolas de arcilla de 2 a 3 cm, contienen además de la semilla En la mezcla de semillas dentro de bolas de arcilla de 2 A 3 cm vienen incluidas las semillas y una porción de abono orgánico. Las semillas son una mezcla del cultivo que se desea hacer junto a otras plantas (principalmente trébol blanco) que germinarán más pronto y crearán una capa fina que protegerá el suelo de la luz, impidiendo la germinación de hierbas, pero no de los cereales (arroz UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades generalmente) que se desea cultivar. También suelen sembrar una porción de pimienta y cayena, que sirven como repelentes de animales que pudieran comerse las semillas Con éste método, Fukoka logró superar casi al doble el promedio de productividad para arroz comparado con los métodos tradicionales de siembra y manejo. Figura 111. Bolitas de arcilla y compost para proteger la semilla- Método Fukoka UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 34. Siembras en Contorno, Barreras Vivas y Cortinas Rompe Vientos 34.1 Siembras en contorno o Curvas a nivel Esta práctica consiste en establecer la plantación en surcos perpendiculares al sentido de la pendiente. Para su trazo se utiliza un nivel de caballete con el que se van marcando las líneas al mismo nivel. Bien sea que se establezcan árboles en terracetas individuales o surcos al través para cultivo en hileras, el trazo de esta forma permite formar terrazas que cumplen la función de disipadores de energía del agua de escorrentía. Figura 112. Trazo en curvas a nivel UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los pasos a seguir para realizar un trazo en curvas a nivel son los siguientes10: º Tirar una línea recta de la parte media y alomada del terreno, de arriba hacia abajo de la pendiente, colocando estacas separadas cada 10 ó 12 metros. Haciendo uso del caballete o bien del nivel tipo “A”, trazar líneas guías a un mismo nivel, a partir de las estacas anteriores, tanto hacia la derecha como hacia la izquierda. º Corregir o suavizar cada línea guía, rectificando aquellas estacas que se aparten de la dirección general de la hilera º Partiendo de la línea guía superior, se inicia la marcación de las hileras o puntos de siembra con una vara del mismo largo de la distancia a utilizar entre plantas. La distancia entre curvas dependerá de la densidad del cultivo y de la pendiente del terreno en el caso de establecer surcos o fajas de siembra. Fuente: (FHIA, 2004) 10 Tomado de Guía práctica de producción de café con sombra de maderables. FHIA. Honduras, 2004 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 37. Separación entre líneas guías Pendiente del terreno en % Distancia entre líneas en metros. 1–2 50 2–6 40 6–8 30 8 – 10 20 10 – 12 15 > 12 10 La marcación de las distancias entre hileras, partiendo de las hileras anteriores, se hace también con una vara que tenga el mismo largo de la distancia entre surcos o calles a emplear. Así, las plantas de café quedarán en filas o hileras a un mismo nivel y en contra de la pendiente; esto ayuda a contrarrestar la pérdida de suelo por erosión y facilita utilizar otras prácticas de conservación como las barreras vivas. La tabla 37 muestra las distancias entre líneas dependiendo de la pendiente del terreno. Las siembras en contorno para cultivos limpios, ayudan a disminuir en un 50% las pérdidas de suelo por erosión. 34.2 Barreras vivas Por lo general las barreras vivas se utilizan en pendientes pronunciadas en los bordes de las fajas en contorno, a fin de que sirvan para retener los sedimentos que son arrastrados desde los surcos superiores. Las barreras vivas ayudan a formar con el tiempo terrazas. Se utilizan especies da rápido macollamiento, capaces de formar una barrera compacta, como el limoncillo (Cymbopogon citratus), Vetiver (Vetiveria zizanoides), pasto imperial , pasto King grass y Caña de azúcar (Saccharum officinalis). También resultan eficientes las barreras de Fique o Maguey, piña (Ananas comosus ), Sábila (Aloe vera L.) y Guandul (Cajanus cajan). Conforme mas empinado es el terreno, mayor cantidad de barreras será necesario instalar. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 38. Distancia entre barreras % Pendiente Distancia en m. 5 20 10 15 15 10 20 9 25 8 30 6,5 35 6 40 6 El ancho de cada barrera suele ser 0,5 m y en ella se siembran las plantas al tres bolillo o en doble hilera. Figura 113. Barreras vivas de Vetiver Tabla 39. Efectos documentados de las barreras vivas en la región centroamericana Fuente: Pèrez, (2008) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Rodriguez (2004), comprobò el efecto de las barreras vivas con Vetiver en el control de arrastre de sedimentos y perdidas de nutrientes por erosiòn hìdrica en cultivos de hortalizas. Los resultados obtenidos por èl se muestran en la tabla xxx. Claramente se observa como las menores pérdidas de suelo, materia orgánica y nutrientes, ocurre con el uso de barreras vivas en siembras de contorno y uso de barreras vivas y siembra en platabandas (terracetas). Tabla 40. Pérdidas de suelo, materia orgánica y algunos elementos nutrientes en parcelas de erosión en campo bajo lluvia natural y varios tratamientos (Rodrigez, 2004). Autor: (Rodrigez, 2004). 34.3 Cortinas rompevientos El viento puede ser un factor limitante para el crecimiento de los cultivos. También influye de manera negativa en la producción de leche, por lo que en las zonas con alta incidencia de ellos es necesario establecer barreras a fin de mantener los niveles de producción. Además de ayudar a proteger los cultivos y animales del viento, son efectivas al mitigar la erosión eólica y el impacto de otros fenómenos como el volcamiento de plantas y la caída de frutos por efecto de vendavales. En plantaciones forestales suelen ayudar a evitar el torcimiento de los fustes. Al evitar que el viento ingrese al campo de cultivo, la humedad del suelo se mantiene por más tiempo pues disminuye la evapotranspiración. . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En las zonas costeras, las cortinas protegen los cultivos de los huracanes y ayudan a disminuir la salinización por impulverización de los suelos. La velocidad mínima para iniciar el movimiento del suelo (erosionable) está entre 19 y 24 km h-1. Por lo tanto, zonas en que los vientos con velocidades mayores, son frecuentes, requieren del uso de cortinas. Las cortinas en relación a su densidad pueden ser porosas, semiporosas o compactas. Figura 114. Tipos de cortinas rompevientos La cortina ofrece más protección en tanto tenga más hileras de arboles de diferentes alturas que detengan el viento de forma efectiva. Los árboles más altos suelen colocarse en las hileras centrales y en las hileras externas se utilizan árboles de menor porte y arbustos capaces de formar setos. Cuando solo se utiliza uno de los ejes, se habla de una cortina asimétrica. A B Figura 115. Configuración de una cortina rompevientos. A. compacta y simétrica. B. Asimétrica. Autor: S. Gómez, 2010. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades A las cortinas compactas se les atribuye el efecto de provocar una mayor temperatura y humedad relativa dentro del lote de cultivo, lo que podría incrementar el ataque de plagas y enfermedades. Sin embargo, protegen muy bien a los cultivos de las heladas. Las cortinas semiporosas protegen los cultivos muy bien de la caída de flores y frutos por efecto de vientos fuertes. Las especies seleccionadas para cortinas rompevientos deben cumplir con ciertos requisitos: Buena adaptabilidad a las condiciones edafoclimaticas Ser especies longevas con ciclos de vida no inferiores a 50 años Formar una copa densa Mantener en lo posible el ramaje durante todo el año (especies perennifolias) Ser de rápido crecimiento No ser hospederos alternos de plagas y enfermedades Ser productivas ( madera, frutas) Ser resistentes a la sequía y/o al a humedad del suelo dependiendo de las condiciones de cada sitio. Las especies más utilizadas para cortinas rompevientos son: Casuarina, Tamarindo (Tamarindos indica), Pino, Caimito (Chrusophyllum caimito L.), Mango (Mangifera indica), Cedro de altura (Cedrela montana), Guayacán (Tabebuia rosea), Eucaliptus, Sauce, Ciprés (Cupresus), Cedro (Quercus). Como especies de porte más bajo se utilizan Pittosporum, Acacias, Cotoniaster. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 116. Distribución de cortinas en el campo de cultivo La cortina obliga al viento cuando choca contra ella, a perder parte de la velocidad. También ayuda a que una parte se desvié y siga un curso por encima del dosel de cultivo. La separación entre cortinas depende de la altura de las especies que se utilicen. Se estima que la cortina puede proteger una distancia equivalente entre 10 y 15 veces la altura de los arboles que la conformen. Si la altura de los arboles de la cortina es de 20 metros, cada 200 a 300 metros debe establecerse una cortina. La distancia de plantación se deberá ajustar a las condiciones propias del predio y dependerá a su vez de factores como el tipo y composición de la cortina y el número de filas. Para las especies de mayor porte : o 1 sola fila: distancia entre plantas 1.00 a 1.50 m o 2 filas o más: distancia entre plantas 1.00 a 2.50 m o Distancia entre filas 1.00 a 2.50 m Para las especies de porte bajo: o 1 sola fila: distancia entre plantas 0.50 a 1.00 m La disposición de las plantas, tanto en la fila como entre filas dependerá de la conformación de las mismas y puede hacerse en cuadrado o tresbolillo UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La zona de protección de una barrera, se reduce a medida que aumenta la velocidad del viento, lo que exige un espaciamiento menor de las barreras utilizadas para combatir la erosión. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 35: Canalización de aguas de Escorrentía 35.1 Canales de Desviación11 Las obras de conservación como zanjas de infiltración y canales de desviación se diseñan con el fin de disminuir el volumen de agua de escorrentía, desviando los flujos hídricos hacia sitios seguros de evacuación. El diseño de estas obras requiere contar con datos precisos de intensidad máxima y ocurrencia de lluvias a fin de poder estimar magnitudes e intensidades de precipitaciones en períodos de tiempo pequeños con base en los cuales se calcula la magnitud de las obras a construir. De otra forma pueden quedar sub o sobre dimensionadas. Con estos datos y conociendo los detalles del terreno como grado y longitud de la pendiente, se estima la Escorrentía crítica y en base a ella se diseñan las obras. Con base a datos de precipitación se calcula la Intensidad de lluvia: Donde: It= Ppmm It = Intensidad de lluvia en un tiempo t (mm. minutos-1) Tsgf Pp= Precipitación en mm en un tiempo t T = tiempo en minutos Las obras deben diseñarse calculando un periodo de retorno de 10 años. El periodo de retorno es aquel periodo de tiempo en el que cierta magnitud de lluvia se iguala o excede una vez. Por ejemplo una zona con una precipitación máxima en 24 horas de 100 mm, con período de retorno de 10 años, significa que cada 10 años se puede esperar que caiga una lluvia igual o superior a ésta. El cálculo de la escorrentía crítica se hace aplicando la formula: Qesc= CxIxA 360 Donde: Qesc : Escorrentía critica en m3.sg-1 Cx = Coeficiente de escorrentía Ix= Intensidad critica de precipitaciones mm.h-1 A = área de impluvio Há. 11 Tomado del Manual para el desarrollo de obras de conservación de suelo. Corporación Nacional Forestal, Gobierno de Chile. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Según Monsalve (1999), el coeficiente de escorrentía C se define como la relación entre el volumen de escorrentía superficial y el total de agua precipitada en un intervalo de tiempo dado. C es el valor menos preciso para el cálculo de Qesc. La certeza del valor dado por la tabla depende de la experiencia en campo de quien diseña las obras. Tabla 41. Coeficientes de escorrentía (Benitez, et al,1980) Autor: Lemus & Navarro (2003) La Intensidad crítica Ix es la máxima intensidad de lluvia que puede ocurrir en un tiempo igual al tiempo de concentración Tc. Según Suarez de Castro, el tiempo de concentración es el tiempo que le lleva a una gota de lluvia, moverse de la parte más lejana de la vertiente hasta el desagüe. El tiempo de concentración se calcula por: Tc = L V agua Donde: L es la distancia más lejana aportante al canal, en metros y V se saca de la tabla 42. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 42. Velocidad del agua V. Benítez et al (1980) Autor: Lemus & Navarro (2003) Cuando se diseña un canal de desviación, éste debe contener la escorrentía crítica y conducirla a una velocidad menor que la permitida para que la estructura del canal no se socave. Con los datos de escorrentía critica y velocidad máxima permitida se calcula la sección transversal del canal. Según Suarez de Castro, la velocidad máxima depende del material en que se construya el canal (Tabla 43). Tabla 43. Máxima velocidad permitida en canales de diferentes materiales. Suarez de Castro (1978) Autor: Lemus & Navarro (2003) El Área mínima del canal se calcula según: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Amin = Q esc Vmax Para el cálculo de la sección trapezoidal se tiene en cuenta la pendiente del terreno el área de la base y la altura. Autor: Lemus & Navarro (2003) La inclinación de los taludes debe ser adecuada a cada tipo de suelo para evitar desmoronamientos. Cuanto más arenoso sea el terreno mayor debe ser el talud. Tabla 44. Taludes recomendados para la sección trapezoidal del canal Autor: Lemus & Navarro (2003) La altura H de la sección transversal del talud se calcula según: Donde: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades B : Base Zinf , Z ext= Talud inferior y Talud superior Ac= Área de sección transversal Cuando se tiene calculado H, se procede a calcular el ancho superior del canal: Se calcula la longitud del talud inferior: Y la longitud del talud superior: Se calcula el Radio Hidráulico para la sección trapezoidal: Y se comprueba que los parámetros de la sección transversal fueron bien calculados calculando el Área de la sección transversal según la ecuación: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Ya calculada la sección transversal del canal, se determina la pendiente y se asigna el coeficiente de rugosidad a fin de poder calcular la velocidad máxima y el caudal utilizando la ecuación de Manning: Y Donde: Qc: Caudal del canal m3.s-1 A: área del canal r: Coeficiente de rugosidad S: pendiente del canal n: Coeficiente de fricción Donde: Vc: Velocidad da del agua en el canal m.s-1 r: Coeficiente de rugosidad S: pendiente del canal n: Coeficiente de fricción Tabla 45. Valores de n Coeficiente de Fricción Una vez realizados todos los cálculos se verifica que el canal cumpla con los siguientes requisitos: º Que el área del canal Ac sea mayor o igual que el área mínima Am º Que la escorrentía crítica Qesc sea menor que el caudal Qc determinado para el canal diseñado. º Que la velocidad del flujo del canal Vc sea menor que la velocidad máxima permitida Vmax establecida según la tabla 12. 35.2 Ventanas de evacuación y cunetas de caminos y carreteras Entre las principales causas de los derrumbes en caminos y carreteras veredales y de los hundimientos y deslizamientos en negativo, están las aguas de escorrentía que discurren generalmente por el talud inferior de las vías. Estas aguas provienen la mayoría de las veces de áreas de potreros , carreteras con pendientes moderadas a fuertes con peraltes a favor de la banca, caminos y UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades carreteras con cunetas obstruidas o sin ellas , aguas provenientes de drenajes y canales que depositan las aguas a gran altura sobre las patas de los taludes, ausencia de cajas colectoras de aguas de escorrentía o entrega inadecuada de las aguas colectadas en ellas, ausencia de franjas protectoras en los taludes de carreteras y caminos , sistemas de alcantarillado mal diseñados o con fugas y drenajes naturales desprotegidos. Problema: Deslizamientos a lo largo del la carretera veredal y formación de cárcava remontante en la banca de la misma. Diagnóstico: -Material parental: Basaltos. Suelos del Orden Inceptisol. -Clima: Cálido. Régimen de lluvias Unimodal con Precipitación anual promedio 1800 mm. -Vegetación: Pasturas Figura 117. Peralte de la vía en dirección al talud Externo. Fuente: S. Gómez, 2007 -Causa: Aguas de escorrentía de la carretera que no han sido canalizadas y desbordaban por encima de los taludes desestabilizándolos y dando origen a los deslizamientos. El peralte a favor del talud inferir y la pendiente pronunciada de la carretera provocaba una alta energía cinética del agua, la cual al llegar a la curva se desbordaba cayendo sobre el talud de la banca y dando origen al socavamiento de la misma por efecto de remolino (erosión en negativo). A esto se suma la desestabilización de la banca y la formación de cárcavas cuando no hay cunetas ni alcantarillas en las vías para la evacuación del agua y esta se desborda o se infiltra en la zona en donde encuentra un gradiente de pendiente. Como solución, se cambió la dirección de los peraltes del camino para llevar las aguas de escorrentía por las cunetas del los taludes superiores. En las cunetas se colocaron disipadores de energía en guadua para evitar el socavamiento de la cuneta. Se realizaron ventanas de evacuación de aguas de escorrentía hacia los potreros laterales a lo largo de los caminos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 118. Canalización de aguas de escorrentía. Fuente: S. Gómez, 2007 A. Cambio del sentido del peralte de la vía e instalación de disipadores de energía en guadua para evitar el socavamiento de la cuneta. T. Quiroz (2007) B. Ventanas de evacuación que van repartiendo el agua en un área mayor favoreciendo la infiltración. Se hace una ventana cada 5 metros a lo largo de la vía en la longitud total de la zona inestable mas una franja de seguridad a lado y lado. S. Gómez (2007) Figura 119. Esquema de la distribución de ventanas de evacuación Fuente: S. Gómez, 2010. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 8: OBRAS DE ESTABILIZACION Y BIOINGENIERIA Mientras se sigan atacando los efectos y no las causas de los procesos degradativos, cualquier obra de intervención, bien sea una obra civil o de bioingeniería , inevitablemente colapsará en el tiempo con consecuencias iguales o peores a las del proceso inicial. Lección 36. Terrazas y Acequias de Ladera 36.1 Terrazas Las terrazas como obras de adecuación de tierras, cumplen la función de proveer un área firme para la siembra y de recoger el agua lluvia de manera que parte se infiltre y el sobrante pueda ser canalizado hasta un desagüe seguro. Así se asegura la conservación de las laderas y permite realizar en ellas cultivos limpios. El inconveniente es el alto costo de su adecuación. También se constituyen en obras de recuperación de movimientos masales y cárcavas. Figura 120. Terrazas Incas en piedra La antigua cultura Tiahuanaco12, desarrolló el sistema de sukakollus o terraplenes. Estos consisten en una serie de terrazas o camellones cuyos surcos 12 Civilización del periodo preincaico que vivió en el altiplano boliviano al suroeste del lago Titicaca entre 1500 y 1100 A.C. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades de separación permanecían llenos de agua. De esta manera lograban incrementar la humedad relativa en las terrazas de cultivo para evitar los daños por heladas, frecuentes en el clima desértico de las altiplanicies bolivianas. Figura 121. Sistema de terraplenes o sukakollus Así, según la función que cumplen, las terrazas pueden clasificarse en: Terrazas de Banco Son las más comúnmente utilizadas para crear áreas agrícolas estables en zonas pendientes. La construcción se inicia en la base de la ladera, marcando las curvas a nivel. Una vez trazadas se demarca el ancho de la terraza y se comienza la excavación. El suelo fértil removido se acomoda en la parte superior de la terraza para ser devuelto a su lugar una vez terminada la explanación. Luego de remover la capa orgánica se hace el corte y se acomoda el suelo extraído en la parte inferior de la terraza. Este será el que forme el talud inferior. La excavación debe hacerse dejando una leve inclinación hacia adentro de la pendiente de manera que se retenga el agua hacia el talud interior de la terraza. También debe dejarse un desnivel del 0,3 a 0,4% cada 12 metros, a lo largo de la terraza hasta una zona segura para evacuación del agua que no alcanza a infiltrase. Así, al aumentar la longitud de la terraza, se va incrementando el gradiente. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 46. Gradiente de pendiente según longitud de las terrazas y tipo de suelo Suelos francos y precipitación alta Longitud de las terrazas en metros Gradiente en cm por cada 12 metros 0 a 120 1 120 a 240 2 240 a 360 3 360 a 490 4 Suelos francos y muy alta precipitación 0 a 150 A nivel 150 a 300 1 300 a 450 2 Suelos arenosos y baja precipitación 0 a 120 A nivel 120 a 240 1 240 a 360 2 360 a 490 3 Fuente: (Medina, 1989) Los taludes inferiores formados con el suelo removido deben apisonarse y en lo posible asegurarse con piedra, madera o guadua para evitar el desmoronamiento de las terrazas. Figura 122. Secuencia de la construcción de las terrazas UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Entre más profundo sea el horizonte A del suelo, mayor podrá ser el ancho de la terraza. El ancho máximo de la plataforma puede calcularse por la formula elaborada por Prieto, B. : C= ¾ h/P Donde: C = Ancho de la plataforma h = Espesor del horizonte A en metros P = Valor de la pendiente en porcentaje Así por ejemplo, para un suelo con un horizonte A de 40 cm de espesor y una pendiente de 35%, el ancho máximo de la terraza será: C = ¾ (0,4/0,35) = 0,85 metros Este es el ancho trabajable. A este debe sumarse el ancho del terraplén y de los taludes. Terrazas de absorción En zonas con precipitación menor a 750 mm. año -1, se hacen las terrazas junto con acequias de ladera cerradas en los extremos. Entre terraza y terraza se deja una acequia en la que se recoge el agua lluvia, reteniéndola para que se infiltre e irrigue la terraza de cultivo. El ancho de la terraza está en relación al terreno de la pendiente. Tanto más pendiente, mas angostas serán las terrazas. Por ello no se recomiendan en terrenos con más del 12 % de pendiente. Tabla 47. Ancho de terrazas en relación al grado de pendiente %Pendiente del terreno Ancho de la terraza en metros 0–5 2,5 – 12 5 – 10 3,8 10 – 12 3,7 Fuente: (Medina, 1989) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En zonas muy pendientes o de suelo muy arenoso e inestable es necesario estabilizar los taludes. Una alternativa es utilizar agro-mallas para ayudar al prendimiento de coberturas como maní forrajero. Esta alternativa resulta más económica que la estabilización con piedra. Figura 123. Terrazas de absorción. PROMUDEL-GTZ. Terrazas de drenaje Estas mismas terrazas orientadas a evacuar el agua , se denominan terrazas de drenaje. En este caso los extremos son abiertos y el desnivel conduce el agua hasta un drenaje principal bien sea artificial o natural de manera que el agua pueda ser conducida sin riesgo de ocasionar daños por erosión. Como se trata de evacuar el agua de escorrentía, es necesario colocar tabiques a lo largo de las acequias para disminuir la energía cinética del agua y evitar el socavamiento. Otra alternativa es colocar revestimientos plásticos para evitar la erosión e infiltración. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Terrazas individuales Son parecidas a las terrazas de banco pero se construyen de forma individual, es decir, una para cada planta. Se utilizan para árboles frutales o maderables. Sus características son: o Pueden adecuarse en terrenos con pendientes de hasta 50%. o Su forma es circular o en media luna o En el centro de la terraza debe ir ubicada la planta o Las terrazas se trazan al través de la pendiente o en curvas a nivel. Su uso en cultivos de café, cacao, follajes de corte, ha dado muy buenos resultados en el control de la erosión. Para su adecuación deben seguirse los siguientes pasos: Realizar el trazo según la densidad de siembra requerida para el cultivo Hacer el talud superior en forma de media luna con ayuda de un palin Formar el plato removiendo la tierra de manera que quede un desnivel hacia el interior del 5% para retener la humedad y los sedimentos. La tierra removida debe apisonarse en el talud inferior para dar estabilidad al plato. Por último se hace el ahoyado y siembra y posteriormente se busca establecer una cobertura en los taludes inferiores para dar estabilidad. Figura 124. Adecuación de terrazas individuales Fuente: www.green.go.jp UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 36.2 Acequias de ladera Son obras de tipo hidrotècnico que se utilizan para el control de la erosión en terrenos con pendientes entre el 10 y 40 %, en donde la construcción de terrazas resulta difícil. Son aconsejables en zonas con Lluvias intensas y en áreas con suelos pesados, poco permeables, donde hay exceso de escorrentía, y en suelos susceptibles a la erosión. No se deben construir en terrenos con cultivos limpios o potreros de más de 30 % de pendiente, ni en terrenos con cultivos de semi bosque (café, cacao, etc.) de más de 50 % de pendiente. Consisten en un conjunto de canales construidos a través de la pendiente que reciben las aguas y sedimentos que escurren del terreno inmediatamente superior a ellos. Figura 125. Acequias de ladera. A. Diagrama. B. Acequias en cultivo de frijol Los canales son de aproximadamente 30 centímetros de ancho en el fondo (plantilla), con taludes 1:1 en suelos estables, 3/4:1 ò 1/2:1 en suelos muy estables, y 11/2 :1 o 2:1 en suelos poco estables o susceptibles a la erosión (suelos muy Iivianos). Su desnivel y profundidad son variables. Según varié la pendiente del terreno y el relieve, la longitud y gradiente de las zanjas también varía. EI desnivel o gradiente de las acequias varia de 0,5 a 1% y la profundidad es la que mayormente determina la capacidad de descarga. Las acequias deben protegerse con una barrera viva densa en una o dos hileras, sembrada en el borde superior, con el objeto de frenar la fuerza del agua y filtrar UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades los sedimentos. Se deben canalizar hasta un sitio de desagüe natural bien protegido en donde no se vaya a causar erosión. La construcción comienza del sitio de desagüe hacia arriba, cuidando que el fondo de la acequia en el sitio más bajo quede 40 cm por encima del nivel del desagüe, de manera que el agua que baja por el desagüe natural no penetre en las acequias. Tabla 48. Parámetros para la construcción de acequias de ladera en terrenos ocupados por cultivos limpios con 30 cm de plantilla y talud 1:1 Los datos son normales para un suelo estable; para suelos menos estables debe reducirse el espaciamiento y para suelos muy estables aumentarlo. Federación Nacional de Cafeteros de Colombia. Manual del Cafetero, Bogotá, f969. 39B p. Fuente: http://www.angelfire.com/ia2/ingenieriaagricola/canales.htm UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 49. Parámetros para la construcción de acequias de ladera en terrenos ocupados por plantaciones permanentes, café, cacao, frutales o forestales, con 30 cm de plantilla y talud 1:1 Tabla 50. Profundidad de la acequia de acuerdo a caudal de descarga Los pasos a seguir en la construcción de las acequias son los siguientes: º Determinar la pendiente máxima del terreno º Determinar la distancia horizontal de cada acequia en la columna 1 de las tablas 17 y 18. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades º Medir la longitud de cada acequia. El valor obtenido en campo, en metros, se divide por 100 y se multiplica por el valor correspondiente de Descarga Q de las tablas para la pendiente seleccionada inicialmente. º El valor obtenido se busca en la columna de Descarga Q de la tabla 19 para obtener el desnivel y profundidad de los canales para cada acequia. º Se inicia a construir las acequias en la parte alta del lote y comenzando desde el sitio de desagüe hacia la cabeza de la acequia. º La tierra extraída se coloca en el lado inferior del canal a 15 cm del talud º Se siembran plantas de vetiver o limoncillo por el borde superior de cada acequia con una distancia de 15 a 20 cm entre plantas y en una o dos hileras al tres bolillo. Figura 126. Adecuación de una acequia de ladera Ejemplo cálculo de parámetros: Se tiene un lote con una pendiente de 26%. El largo de la primera acequia a construir en el borde superior del lote, es de 85 metros. El cultivo es frijol. a. En la tabla 17 (Cultivos limpios) buscamos el valor de Distancia horizontal (columna 2) para una pendiente de 26%. D = 7 metros. Quiere decir que en ese lote debo trazar una acequia cada 7 metros. b. La longitud que se midió para la primera acequia fue de 85 metros. La dividimos por 100 y multiplicamos por el valor de Q para una pendiente de 26%. 85 m x 18 l.s-1 = 15,3 l.s-1 100 m c. En la tabla 19, el valor de Q más cercano a 15 es 18,8, que corresponde a una profundidad efectiva de 9 cm y un desnivel de 8 por mil. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 37. Trinchos vivos y terrazas de estabilización Los trinchos son estructuras de guadua o madera dispuestas en forma de muro a fin de ayudar a formar terrazas para estabilizar taludes que han sufrido procesos de deslizamientos o en donde hay procesos de cárcavas. En estos casos su finalidad es estabilizar el terreno para ayudar a que la vegetación se establezca nuevamente y acabe de estabilizar el talud de forma permanente por el amarre de raíces. También se utilizan para disipar la energía cinética del agua de escorrentía, de acequias, quebradas y ríos, en donde la fuerza del agua provoca socavamiento de los cauces y bordes. Figura 127. Trinchos en guadua Muchos de los trinchos construidos para estabilizar taludes terminan por colapsar a causa del mal anclaje en profundidad y un exceso de altura en superficie. Realmente el amarre que debe hacerse es por debajo del nivel del suelo y los anclajes deben trabajarse sobre el horizonte B del suelo que es el horizonte firme. En caso de existir horizontes endurecidos, hardpan o esquistos, es necesario perforar el horizonte hasta encontrar suelo firme en donde anclar las obras. Es decir que debe excavarse en zanjas a una profundidad de por lo menos 1,4 a 2 metros. Sobre el fondo de esa zanja, se clavan los postes verticales de sostén, que deben quedar anclados como mínimo 1,2 metro por debajo del nivel inferior de la zanja. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En superficie estas estructuras no deben ser mayores de 50 centímetros, Incluso pueden quedar totalmente enterradas. Cuanto mayor es la pendiente y la profundidad a la que se encuentra el suelo firme, mayor será la profundidad de anclaje. En terreno de pendiente leve los trinchos pueden tener un anclaje de 50 a 70 cm. Pero en pendiente fuerte y terreno inestable la profundidad de anclaje puede llegar a ser de 2,5 metros. Cuando se utiliza guadua verde, las guaduas más profundas al quedar enterrada y en contacto con la humedad del suelo, limos y arcillas, se va petrificando hasta formar en el tiempo una estructura mineral debido a que los finos del suelo empiezan a invadir los microporos vegetales hasta fosilizar la estructura por completo. Las guaduas más superficiales y las estacas de nacedero y matarratón, pueden rebrotar dando origen a un guadual que amarrará el terreno de forma natural. Dependiendo de la pendiente del terreno, será el distanciamiento entre trinchos, el cual se calcula según la ecuación: D trincho = Altura efectiva del trincho x 100 % pendiente Por ejemplo: Si la altura máxima de trincho en superficie es de 0,4 m y la pendiente del terreno es de 50%: Dt = 0,4 m x 100 = 0,8 m 50% Es decir, que cada 80 cm será necesario colocar un trincho. Como puede resultar antieconómico, se construyen a 80 cm en las zonas más inestables y en el resto del área se hacen a una distancia mayor, cuidando de chequear en las temporadas de lluvia y reforzando en los sitios en donde se sigan presentando surcos. No existen formulas infalibles y en el cálculo de este tipo de obras cuenta mucho el sentido común y la experiencia en campo de quien las dirige. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La figura 128 ilustra las especificaciones de trinchos para estabilización de taludes y cárcavas: Figura 128. Forma de construcción de un trincho en guadua. Figura 129. Secuencia de construcción de terrazas de estabilización con trinchos en guadua Obras ejecutadas por CIPAV bajo la dirección del Dr. Horacio Rivera P. 2006. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Según sea el proceso que se pretende estabilizar, puede o no ser necesario, dejar un vertedero en el centro del trincho. Si se pretende estabilizar una cárcava en un clima más bien seco donde el régimen de lluvia es unimodal y no hay escurrimiento permanente de agua, los trinchos se construyen sin vertedero , pues su función es formar con el tiempo , terrazas de estabilización. Por el contrario, cuando es necesario disipar la energía cinética del agua que corre por un cauce permanente o semipermanente, bien sea este una cuneta de desagüe, un filtro, una cárcava, o una quebrada, entonces se construyen trinchos con vertedero pues lo que se busca es evacuar el agua sin que se cause erosión. La función del vertedero es evitar el socavamiento lateral para que el trincho no pierda estabilidad. Sin embargo, en muchas ocasiones, resulta mejor hacer un trincho plano bien anclado lateralmente (1 a 1,2 mt de anclaje lateral) ,que hacer el vertedero. En la parte baja en donde cae el chorro del vertedero, es importante colocar piedras que disipen el golpe del agua al caer y así evitar socavamiento. Problema: Hundimiento de carretera Causa: Aguas subsuperficiales que causan solifluxión Solución: Construcción de filtro que atraviesa de lado a lado la carretera y el agua se evacua hasta un drenaje seguro mediante trinchos escalonados. Figura 130. Trincho con vertedero. Villa Rosa- Argelia, Valle del Cauca. CIPAV. Cuando se trata de procesos que apenas comienzan a evidenciarse con la formación de surcos, se pueden manejar con la construcción de Disipadores simples de energía. Consisten en sembrar estacas verdes de nacedero o arboloco, en surcos, acostadas a través de la pendiente del terreno y reforzadas en cada uno de sus extremos con estacas vivas del mismo material de 0,70 m. de longitud y 3,5 centímetros de diámetro, clavadas verticalmente. (Rivera 2001; Rivera 2002). En este caso se busca un rápido rebrote de las estacas y amarre por raíces. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Estos disipadores también se construyen en el fondo de cárcavas para estabilizar la base de estas y frenar el proceso de socavamiento. Figura 131. Disipadores simples de energía construidos en la cabeza de una cárcava. (Rivera, 2006) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 38. Filtros Los movimientos en masa ocurren por una sobresaturación del suelo, lo que aumenta la presión de poros y con ayuda de la fuerza de gravedad el terreno sede, se desprende y cae. En razón a que es el agua la causa que origina el problema, antes de realizar obras de estabilización es necesario drenar el terreno y asegurar que el agua de infiltración tenga un lugar seguro por donde ser evacuada. Para ello, se recurre a la construcción de filtros, que dependiendo del material que se utilice, se clasifican en filtros vivos y filtros no vivos. Los filtros vivos se construyen utilizando guadua mientras que los no vivos se construyen utilizando piedra songa, gravilla y tubos de gress como medio poroso para evacuar el agua. Los pasos a seguir para la construcción de filtros para evacuación de aguas subsuperficiales son los siguientes: a. Se ubican los agrietamientos del terreno que marcan sitios de inestabilidad y se sellan. b. Se ubican las depresiones y drenajes naturales que pueden servir para evacuar el agua. Son identificables pues se ve agua brotando del subsuelo. Si no las hay, se ubican unos drenajes principales hacia el centro y lados del talud o zona inestable. c. Se trazan canales secundarios en espina de pescado que deben desembocar a los canales principales de evacuación. Al trazar los canales secundarios es importante que el ángulo de desviación sea agudo (menor de 90º) para ayudar a la evacuación rápida del agua. Si el ángulo queda recto, el agua se infiltra y no evacua. d. Se excavan los drenajes. El ancho de los filtros varía entre 0,5 y 0,7. La profundidad de los filtros es la profundidad del nivel freático encontrado en cada sitio y deben coincidir con terreno firme. Puede variar entre 0,5 y 2,5 metros. Cuando hay peligro inminente de deslizamiento, se construye en un solo día rápidamente, un solo drenaje central para evacuar el agua. Luego se prosigue con el resto de la obra. e. Se llenan las zanjas principales con guadua. Si el filtro es muy profundo, lleva 5 o 6 tendidos de guadua, luego se coloca un espedón de pasto y se termina de tapar con tierra. Los filtros secundarios llevan de 2 a 4 tendidos de guadua. El espedón de pasto retiene los sedimentos y evita que el filtro se colmate. Se espera que con el tiempo, el pasto y algunas de las guaduas broten y se establezcan como cobertura en superficie. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Las guaduas no necesitan ser perforadas ni se deben quitar los tabiques. Tal como se cortan, se entierran. Debe ser guadua verde sin curar. f. Se construyen trinchos para dar estabilidad a los filtros g. Se siembran estacas de coberturas multistratas en los trinchos Figura 132. Esquema de la construcción de filtros vivos Fuente: S. Gómez Los anclajes de los filtros varían en distancia dependiendo de la pendiente del terreno. Si la pendiente es brusca (más de 30 %), debe ir un trincho de anclaje cada 2 a 3 metros. Si es más suave se pueden espaciar cada 5 metros. La profundidad de anclaje de los trinchos de amarre debe ser de 0,7 a 1 metro, con guaduas verticales cada 50 cm. Si la pendiente es muy fuerte, la profundidad de anclaje debe ser mayor a 1 metro. Los filtros solo se construyen cuando se trata de estabilizar procesos de remoción en masa, Para la recuperación de cárcavas en donde los procesos son de erosión hídrica no son necesarios. La guadua viche tiene un rebrote de 10%, las estacas de nacedero 90% y las estacas de matarratón un 85%. Cuando se utilizan estos materiales en la UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades construcción de las obras, rápidamente se obtiene la recuperación del terreno y el establecimiento de bosquetes en forma natural. Figura 133. Secuencia de construcción de un trincho vivo. (Rivera, 2006). Una vez que las obras de trinchos y filtros están terminadas, solo son visibles en superficie en un 30%. El 70% de las obras de estabilización quedan enterradas. Esta es la diferencia entre obras bien construidas y obras en guadua o concreto que colapsan rápidamente. Los trinchos y filtros deben ser siempre obras de estabilización y no obras de contención y colmatación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 39. Recuperación de cárcavas Como hemos visto en capítulos anteriores, las cárcavas pueden originarse bien por procesos de erosión hídrica, por procesos de remoción en masa o por la acción combinada de ambos. La recuperación de cárcavas con obras bio ingenieriles, ha demostrado ser mucho más efectiva que cuando se construyen obras civiles de concreto, por cuanto ayudan a amarrar el terreno de forma natural. 39.1 Recuperación de cárcavas originadas por remociones masales. Cuando las cárcavas se originan por movimientos en masa la labor principal es evitar el ingreso de agua a la zona inestable y el drenaje rápido del área. Por ello las obras comienzan siempre en la cabeza de la cárcava y no en la base, pues se busca atacar la causa que origina el proceso para luego estabilizar el terreno. Los pasos a seguir se enumeran a continuación: a. Aislar la cabeza de la cárcava para evitar el ingreso de personas y animales. b. Ubicar las aguas que están originando el deslizamiento como tuberías rotas de acueducto o alcantarillado y cunetas de carreteras. En el caso de tuberías rotas, deben ser clausuradas de inmediato y reparadas. c. Debe rectificarse el peralte de las vías dejando la inclinación el peralte hacia el talud superior. Luego deben rectificarse las cunetas, colocar disipadores de energía según se la pendiente y adecuar las alcantarillas. Deben hacerse ventanas de evacuación a lo largo de las vías para repartir el exceso de agua en zonas seguras. d. Con ayuda de un pisón deben sellarse todas las grietas presentes en la zona de derrumbe. e. Se ubican los drenajes naturales. Se trazan y construyen los filtros, tantos como sean necesarios según el área que ocupe la cárcava. Los filtros deben llevar trinchos de amarre. En caso de que el derrumbe esté activo, se construye un filtro central para evacuar el agua lo más rápido posible y luego se prosigue con las demás obras. f. Se comienza la construcción de terrazas de estabilización, trinchos escalonados y disipadores simples de energía comenzando por la cabeza de la cárcava. g. Se establece cobertura multistrata en las terrazas de estabilización. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 39.2 Recuperación de cárcavas originadas por erosión hídrica Cuando los surcos y cárcavas se han originado por causas diferentes a movimientos en masa, en donde no hay problema por aguas infiltradas y los procesos son producto de intervenciones como deforestación, labranza, ausencia de cobertura, las obras bio ingenieriles se enfocan a estabilizar los taludes de las cárcavas y a disipar la energía cinética del agua de escorrentía que corre por los surcos para frenar el proceso y ayudar a que la vegetación natural pueda volver a establecerse. En estos casos los pasos a seguir son: a. Aislar la cabeza de la cárcava para evitar el ingreso de personas y animales. b. Hacer un caballón en la parte superior de la cárcava para evitar el ingreso de aguas de escorrentía de las zonas más altas. c. Establecer trinchos escalonados disipadores de energía en la cabeza de la cárcava d. Estabilizar el fondo de la cárcava mediante disipadores simples siembra de estacas de fácil rebrote. e. Construir trinchos escalonados con alturas inferiores a 50 cm para estabilizar los taludes de las cárcavas. f. Establecer coberturas multiestratas 39.3 Estabilización de taludes en riveras de ríos y quebradas Los procesos de deforestación en los bosques de galería y nacimientos de agua originan problemas graves en los cauces de los ríos y quebradas. Al no haber protección en los nacimientos, se da un mayor arrastre de sedimentos desde la parte alta de la cuenca. El caudal que antes era regulado por la vegetación existente en las orillas, ahora sufre crecidas mayores en las épocas lluviosas y arrastra una carga mayor de sedimentos lo que se traduce en una mayor energía cinética del agua y un mayor poder corrosivo por el arrastre de partículas, que causa el socavamiento de los cauces. Ese socavamiento afecta terrenos agrícolas que se pierden por erosión en negativo y por inundación. Con el tiempo pueden darse cambios drásticos en la dirección del cauce natural. En las temporadas lluviosas, los cauces se desbordan destruyendo viviendas, cultivos y obras de ingeniería. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Las características propias del material y el cubrimiento, dan lugar a diferentes comportamientos ante la acción erosiva del agua en los canales. Así, la erosión en ellos depende de las características geotécnicas de los materiales del fondo y los taludes, de su geometría, pendiente y características del flujo de agua (Suárez, 1992). Terrenos aledaños a corrientes de agua de naturaleza arenosa o con proporciones grandes de materiales gruesos como grava y cascajo, ofrecen poca resistencia a la capacidad abrasiva y de arrastre de la corriente, situación agravada cuando la presencia de vegetación es escasa (Suárez, 1980); de acuerdo con esto, para cada tipo de suelo se tienen diferentes velocidades a las cuales se produce arrastre, lo cual puede apreciarse en la Tabla 20. Tabla 51. Velocidades a las cuales se produce erosión Autor: Suárez (1992) En estos casos los pasos a seguir son: a. Abrir canales secundarios para aliviar la presión del agua en la zona de socavamiento mientras se ejecutan las obras b. Construir trinchos continuos escalonados a lo largo del borde, anclados a 2 metros de profundidad y 1,5 metros en laterales c. Establecer vegetación multistrata, guadua y guaduilla. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 134. Recuperación en el cauce del rio Dagua, Corregimiento El Carmen, Valle del Cauca. Rivera, 2004. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 40. Causas del colapso de obras de intervención Muchas obras civiles de recuperación y otras mal llamadas bio ingenieriles, colapsan por ser mal diseñadas y construidas. Existe la creencia errónea de que hacer trinchos es solo cuestión de enterrar unas cuantas guaduas a 50 cm de profundidad para sostener paredes de guadua o madera de hasta 1 metro de altura. En el imaginario común, los trinchos son obras de colmatación y no de estabilización, razón por la cual, en la mayoría de casos, resultan en una pérdida de tiempo y dinero. Las principales causas del colapso de obras de estabilización en concreto, guadua y madera son: a. Diagnostico erróneo de las causas que originan los procesos b. No se eliminan las fuentes de agua de infiltración que desencadenan los procesos c. No se evita el ingreso de agua de escorrentía de las áreas superiores a la zona inestable d. Se construyen obras pensando en contener los efectos del proceso y no en eliminar las causas del mismo e. No se calculan las obras teniendo en cuenta la probabilidad de ocurrencia de lluvias y los periodos de retorno, por lo que quedan sub o sobre dimensionadas. f. Se realizan obras muy altas en superficie y con poco anclaje. Generalmente ancladas en el horizonte inestable del suelo. g. Se elimina toda la vegetación existente causando disturbio adicional La figura 135 muestra obras colapsadas debido a un mal diseño, demasiada altura en superficie, muy poca profundidad de anclaje y presencia de procesos activos de aguas de escorrentía e infiltradas que siguen desestabilizando el terreno. Figura 135. Trinchos en guadua mal diseñados UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 40.1 Deslizamientos en taludes de carretera Los deslizamientos a orilla de carretera son frecuentes en zonas donde no hay amarre de vegetación en los taludes, generalmente hay excesos de agua ingresando desde las terrenos superiores a los taludes y el material parental favorece los procesos de deslizamiento. Las administraciones municipales y departamentales, invierten sumas millonarias en la construcción de gaviones y muros de contención que terminan por fracturarse, pues las causas de los deslizamientos no son atacadas y por lo tanto los procesos siguen activos. Figura 136. Muro de contención fracturado. Carretera vía Restrepo, Valle Problema: Movimiento Masal Material parental: Cenizas volcánicas depositadas sobre basaltos. Horizonte O: Orgánico de poco espesor Horizonte A de de textura arenosa con buena capacidad de infiltración. (Cenizas). Horizonte C de textura arcillosa. Material extrusivo (basalto). Textura Franco arcillo limosa, coloración rojiza indicando contenidos de hierro oxidado Pendiente del 70%. El horizonte de cenizas volcánicas se presenta estable. No hay presencia de surcos Clima: Tropical húmedo con precipitación alta . Vegetación: Densa correspondiente a pasturas. Ausencia de vegetación arbórea multistrata. La cobertura vegetal provoca avance de agua por escorrentía y alta infiltración a través del perfil lo que incrementa la presión de poros. El Horizonte basáltico, correspondiente a la base del talud, presenta una mayor capacidad de absorción de agua, se observan surcos. Este, se ha inestabilizado debido al exceso de agua absorbida y por efectos de agua de escorrentía que ocasiona el efecto de remolino sobre la pata del talud que provoca el deslizamiento continuo de flujos de lodo. Solución actual: Muro de contención de nula efectividad colapsado. Se ha querido atacar el efecto más no la causa del problema. Manejo Recomendado: El manejo para suelos de cenizas volcánicas es diferente que para suelos originados a partir de rocas extrusivas como los basaltos. Los primeros pueden ser utilizados para agricultura intensiva siempre y cuando se realice un adecuado manejo de coberturas para evitar procesos erosivos. Los suelos basálticos, por el contrario, requieren un uso que involucre especies forestales de amarre dentro de sistemas agro forestales o silvopastoriles con ganadería regulada. Las raíces profundas amarran el horizonte inestable al horizonte superior estable, mejorando la cohesión y estabilidad de todo el sistema. Las aguas de escorrentía deben ser conducidas hasta un drenaje natural, desviándolas con ayuda de caballones en tierra y sistema de trinchos escalonados. Ubicar los puntos de concentración del agua de escorrentía en el borde del talud y conducirla por medio de trinchos que actúen como disipadores de energía complementados con coberturas y refuerzos mecánicos con estacas vivas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 40.2 Muros de contención Ninguna obra resulta eficiente si las aguas de escorrentía no son controladas. Figura 137. Obras de contención Avenida Circunvalar, Cali- Valle Problema: Deslizamientos en los taludes de la vía que ocasionan el taponamiento de la misma, Trinchos, muros y pantallas en concreto que colapsan permanentemente. Zona de expansión Urbana en donde peligra la estabilidad de construcciones y viviendas ubicadas a lo largo de la vía. Los procesos siguen activos. Diagnóstico: Material parental: Materiales sedimentarios que han originado suelos del orden Entisoles, en donde solo se puede observar un horizonte C. No hay horizontes diferenciados. Clima: Cálido. Régimen de lluvias Unimodal con Precipitación anual promedio 1800 mm. Vegetación: Pasturas Causa: Pasturas sobre suelos pobres, poco desarrollados, sometidas a quema durante el verano. En época de lluvias, las aguas de escorrentía causan afloramiento del material parental, colmatación, incremento en la presión de poros y socavamiento de la pata del talud lo que conlleva a deslizamientos. Las viviendas ubicadas sobre el talud no poseen bajantes para conducción de aguas lluvia al igual que los andenes. Estas aguas caen directamente sobre la base del talud. Manejo convencional: Se han implementado diferentes tipos de obras civiles a fin de atacar los efectos, razón por la cual todas han colapsado. Estas obras han consistido en: Construcción de trinchos en cemento y muros de colmatación. Debido al efecto de las aguas infiltradas que incrementan el peso del suelo se han reventado. Bloques de concreto encajados en el perfil a manera de gaviones o muros de contención. Estos se han colmatado y la presión de poros ha provocado su desplazamiento. Mallas para anclaje de cobertura de pastos. Sin hacer manejo de aguas, las mallas se desprenden Además la cobertura no tiene un sistema radical profundo de amarre. Canales de conducción a media ladera, discontinuos que no entregan el agua a un canal colector. Estos se han colmatado y al entregar el agua sin conducción ni disipación de energía, han provocado socavamiento y desestabilización de la pata del talud. Se observan procesos de reptación del suelo y obras. Pantallas de cemento. Se han agrietado debido al incremento en la presión de poros por aguas de infiltración. Se han invertido 17 mil millones de pesos sin lograr eliminar el problema. Manejo recomendado con Bioingeniería: Diagnóstico del problema: Aguas de escorrentía que no han sido canalizadas, manejo de quemas de pasturas, pastoreo, mal manejo de aguas de techos de viviendas y andenes. Las aguas de escorrentía deben ser canalizadas y conducidas hasta el sistema de alcantarillado mediante un sistema de trinchos disipadores de energía. De ser necesario deberá evacuarse el agua que se ha infiltrado, pero en general el problema son aguas de escorrentía. Deben recogerse y canalizarse todas las aguas de bajantes de techos, andenes y vías secundarias hasta el alcantarilladlo. Una vez se han desviado las aguas de escorrentía deberá establecerse vegetación multistrata. La leucaena es una especie de buen prendimiento en éste tipo de suelo poco desarrollado. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 40.3 Muros de contención en cárcavas remontantes Figura 138. Cárcava remontante El Tablazo, Manizales- Caldas Diagnóstico: Material parental: cenizas volcánicas sobre esquistos grafíticos muy inestables. Al contacto con agua se vuelven lisos generando planos de deslizamiento. Clima: régimen de lluvias Bimodal. Precipitación anual promedio 2300 mm. Vegetación: Pasturas Área afectada: 34 hectáreas Causa: Aguas de escorrentía y subsuperficiales que generan alta presión de poros. Las aguas de escorrentía socavan continuamente los taludes de la cárcava ocasionando un proceso remontante. Los esquistos forman planos de deslizamiento. Manejo convencional: Construcción de un muro de contención en la parte baja buscando colmatación. Justifican la obra con el argumento de que es necesario subir el nivel del cauce de la quebrada, lo cual no tiene sentido. La colmatación del muro y el cono de deyección indican que el proceso sigue activo. Están instalando filtros con malla geo textil y gravilla que luego son revestidos con concreto. En la actualidad los filtros que apenas están en la etapa de excavación ya han empezado a colapsar. Se evidencia el desplazamiento de los mismos por reptación debido a saturación por agua de infiltración. Se observan agrietamientos. Se están construyendo bajantes en lugar de trinchos escalonados para disipar la energía del agua y distribuirla entre las fincas de la parte alta. Manejo recomendado con Bioingeniería: El manejo de toda cárcava debe empezar por la cabeza de la misma. Aislamiento del área. Construcción de drenajes(filtros) en espina de pescado Sellamiento de grietas Amarre con estructuras profundas perforando la capa de esquistos. Trinchos laterales para estabilizar taludes Revegetalización con estacas de nacedero. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 40.4 Desestabilización de laderas por tala de la cobertura arbórea La creencia errónea de que el árbol es un agente causante de inestabilidad de laderas y el diagnostico erróneo de las causas de los deslizamientos, ha llevado a las administraciones municipales y corporaciones a cometer graves errores tomando decisiones que obedecen más a fines económicos que técnicos y científicos, conducentes a la eliminación de la cobertura natural para instalar obras civiles ineficientes e innecesarias en muchos casos, en remplazo de bosques naturales. Muchas de esas obras han colapsado dejando pérdidas millonarias. Figura 139. Talud Barrio La Sultana, Manizales - Caldas Costo de la Obra: $1.865.000.000.oo . Fotos: Rivera, Diciembre 3 de 2003 – Marzo 22 de 2005. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Material Parental: Cenizas volcánicas sobre Esquistos talcosos muy inestables, derivados de lutitas. Clima: Húmedo con régimen bimodal de lluvias, sin embargo la precipitación se distribuye a lo largo del año (lluvias frecuentes). Uso: Urbanístico Problema: Los esquistos se disuelven por acción del agua generando inestabilidad del terreno. La construcción de viviendas en la parte alta con un mal diseño de alcantarillado, unido al peso excesivo sobre terracetas de relleno, provocó la saturación del terreno por aguas de infiltración, lo que generó un deslizamiento que destruyó varias casas de la parte baja y cobró varias vidas humanas. Manejo actual: Remoción de la vegetación arbórea e instalación de pantallas de concreto y canales. Se evidencia plano de deslizamiento sobre los esquistos al quedar impedido el drenaje por efecto de las obras civiles. Las pantallas y los canales no son funcionales. Los canales confieren mayor conductividad hidráulica, drenaje en profundidad por debajo de los canales a los cuales no se les hicieron filtros para aguas internas. Manejo recomendado: Arreglo del sistema de alcantarillado y de recolección de aguas lluvia. Establecimiento de Vegetación natural multiestrata Figura 140. Deforestación de la Ladera Chipre, Manizales, Caldas (Rivera , 2006) El municipio alegaba que era necesario controlar un basurero que habían creado entre el bosque protector de la ladera. En lugar de emprender acciones de limpieza y de cultura ciudadana, decidieron arrancar todos los árboles de raíz , alegando que las basuras estaban muy profundas, lo cual dejó el talud expuesto a la erosión. Luego implementaron obras civiles de canales mal diseñados que no son necesarios ya que el factor de seguridad de éste suelo es de 1,25 indicando que es muy estable y no necesita de obras de estabilización, solo una vegetación multiestrata de amarre. Valor de la obra: $465`000.000. Problema actual: Es una zona de alta escorrentía y alta infiltración, en un suelo de cenizas volcánicas muy susceptible a la compresión. El peso de las obras y la ausencia de vegetación de amarre puede provocar un deslizamiento. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 9: ESTUDIOS DE CASO Lección 41. Manejo de aguas domesticas Muchos de los movimientos masales que ocurren tanto en zonas urbanas como rurales tienen su origen en aguas lluvias y domesticas que no se canalizan adecuadamente. Esto incluye viviendas cuyos techos carecen de canales para recoger las aguas lluvias, ausencia de posos sépticos, fugas en mangueras de conducción de agua potable y fugas en sistemas de alcantarillado. Las consecuencias de estos problemas solo son visibles mucho tiempo después de la aparición de las fugas, en el momento en que el suelo se satura y viene el desprendimiento. 41.1 Escuela La Guaira, Restrepo – Valle Problema: Presencia de grietas y desplazamiento del área de la cancha de juegos. Amenaza de deslizamiento de toda el área de emplazamiento de la escuela. Diagnóstico de los evaluadores del municipio: Influencia de falla geológica. La alternativa propuesta fue la reubicación de la escuela y la construcción de muros y gaviones de contención. Causa real del problema: Filtración de aguas servidas del sistema de alcantarillado en mal estado y acumulación de aguas de escorrentía e infiltración de los terrenos de la parte alta con cobertura de praderas. Manejo con obras de bioingeniería: a. Suspender el uso del agua y clausurar el sistema de alcantarillado. b. Construir un sistema de alcantarillado eficiente c. Sellamiento de grietas d. Construcción de filtros y trinchos escalonados para evacuación del agua acumulada conduciéndola hasta la alcantarilla de la carretera en la parte baja del terreno. e. Estabilización de los taludes con trinchos escalonados y revegetalización UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 141. Intervención de procesos de agrietamiento y hundimiento en la escuela La Guaira Recuperación realizada por el Dr. Horacio Rivera P (CIPAV). Foto: S. Gómez. Las obras quedaron inconclusas haciendo falta la construcción de trinchos disipadores de energía desde el punto en donde desembocan los filtros hasta la base de la cuneta de la carretera. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 41.2 Manejo de Cárcava remontante en el municipio del Cairo, Vereda Llano grande. Sector Tejares Problema: Cárcava Remontante. Movimiento en masa. Diagnóstico: Material Parental: esquistos talcosos Clima: Húmedo. Precipitación promedio 2300 mm/año Vegetación original: Bosque Área de la cárcava: 36 Hectáreas Aérea de influencia de la cárcava: 90 Hectáreas Impacto: Avalancha que dejó 13 viviendas y 12 fincas destruidas. Cambio de un relieve de llanura a escarpe. Amenaza de deslizamiento del casco urbano del municipio. Causa: Conducción y disposición inadecuada de aguas del alcantarillado municipal y de escorrentía de la carretera. Manejos anteriores: Remodelación del alcantarillado municipal cambiando el curso del mismo por encima del área afectada pero dejando la evacuación final del agua en el mismo sitio problémico a donde desembocaba el alcantarillado anterior. Figura 142. Cárcava Tejares antes y después de la intervención. Recuperación realizada por el Dr. Horacio Rivera - CIPAV UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Manejo con Bioingeniería: Adecuación de ventanas de distribución de las aguas de escorrentía de la carretera cada 5 metros hasta sobrepasar la longitud de la cabeza de la cárcava. El fin fue el de distribuir volúmenes y peso de agua en un área mayor de terreno y evitar la acumulación de todo el volumen a descargar sobre el área de la cárcava. Con esto se logró disipar el caudal al tiempo que se protege y mantiene la carretera. Aislamiento del área. Establecimiento de plantas de fique por sus características piroresistentes. Clausura definitiva del sistema viejo de alcantarillado Sellamiento de grietas. Identificación de los sitios de concentración de agua y evacuación desde la parte alta mediante filtros vivos (2 mt de profundidad) con trinchos (para anclaje y disipadores de energía) de 3.6 metros de profundidad, cada 2 a 3 metros en longitud. Trinchos para estabilización de taludes, formando estructuras largas y continuas con alturas máximas en superficie de 40 cms. La mayoría de estructuras están a ras de suelo. Revegetalización. Se estableció un vivero para producir el material vegetal en el mismo sitio de la obra. Obras ejecutadas `por CIPAV con la asesoría del Dr. Horacio Rivera Seguimiento y Control: es necesario continuar evaluando y haciendo obras complementarias en sitios en donde reaparecen problemas. Figura 143. Secuencia de Intervención para la recuperación de la cárcava Tejares 9 meses después de terminadas las obras, el terreno drenó y estabilizó. Sin embargo, fueron necesarios tres años para que el terreno secara por completo. En la actualidad parece haber nuevas filtraciones por fugas en el alcantarillado viejo que quedó mal sellado. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los taludes se han estabilizado, por lo que se espera que la revegetalización natural se siga estableciendo aun en las áreas que no fueron intervenidas. Figura 144. Cárcava Tejares estabilizada con revegetalización natural estable Fotos. S. Gómez 2007 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 42. Recuperación de suelos degradados por erosión hídrica y eólica. Vereda El Aguacate, Municipio de Restrepo, Valle. En zonas con régimen de lluvia unimodal y topografía suave es posible que tengan lugar procesos erosivos de gran magnitud a causa del mal manejo del suelo. Es el caso de la vereda El Aguacate, en el municipio de Restrepo Valle, en donde la labranza continua, el cultivo limpio sin cobertura y el sobrepastoreo, han dado origen a procesos de erosión acelerada en un 90% del área de la vereda. Problema: Pérdidas de suelo por Erosión. El mal uso y manejo de suelos ha dado lugar a procesos de degradación por erosión a causa del lavado superficial del suelo lo que ha generado un proceso acelerado de desertificación. Diagnostico: Material parental: Basaltos, Suelos fértiles de pH básico. Clima: Estaciones marcadas de invierno y verano. Régimen monomodal que causa daños severos por una mayor intensidad de lluvias. Vegetación: Praderas y cultivos limpios, que sustituyeron cultivos permanentes de café con sombrío. Manejo actual: Tala y quema de vegetación multistrata, preparación de terreno con arados y rastras, siembra de cultivos limpios y establecimiento de pasturas nativas para pastoreo extensivo. No se hace manejo tecnificado de praderas Signos de erosión: Calveros que se multiplican abarcando grandes áreas Terracetas Erosión laminar, en surcos y cárcavas Evidencia de erosión eólica por superficies uniformes de los taludes en donde los finos del suelo han sido arrastrados por el viento, quedando en superficie los agregados más gruesos, sin presencia de surquillos en los taludes y formación de estoraques UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 145. Erosión laminar, en surcos y cárcavas. El Aguacate, Restrepo, Valle. Manejo con obras de Bioingeniería: Aislamiento de los sectores afectados para evitar el ingreso de ganado Aislamiento de la cabeza de la cárcava para evitar el ingreso de ganado Mínimo de disturbación dejando toda la vegetación existente. Estabilización del fondo de las cárcavas con coberturas para evitar que se profundicen y se sigan desestabilizando los taludes. Establecimiento de trinchos con altura no superior a los 50 centímetros comenzando por la cabeza de la cárcava. En éste caso no es necesario hacer vertederos ya que se trata de disipar energía cinética. Los vertederos la incrementan al disminuir el área por donde corre el caudal de agua. Establecimiento de coberturas (pasto estrella) y estacas (matarratón) para lograr una vegetación multistrata y evitar el arrastre. Las coberturas que se instalan en la parte alta irán cubriendo el resto de la cárcava al ir descolgando. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 146. Proceso de recuperación de cárcavas remontantes. Rivera- CIPAV. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 43. Desestabilización de taludes por cambio en el uso del suelo. 43.1 Deslizamiento en el Barrio San Rafael, Obando- Valle Diagnostico: Material Parental: Rocas sedimentarias con alto contenido de montmorillonita (Suelos expansibles, arcillas 2:1). Formación de esquistos que conforman capas endurecidas impermeables en el perfil. Clima: Lluvioso con régimen bimodal. Vegetación: Praderas. Infraestructura- Intervención humana: Banqueo para la construcción del barrio que dejó expuesto un talud con 100 % de pendiente. Fueron removidas 900 volquetadas de tierra para hacer la explanación del terreno. Todas las aguas de escorrentía del potrero de la parte superior caían sobre la pata del talud. Área degradada: 3000 m2. Propuestas de manejo desde la ingeniería civil: Muros de contención por valor de $326.000.000. Causas del problema: Alta acumulación de aguas de escorrentía de los potreros de la parte superior que al caer sobre la pata del talud ocasionaron la desestabilización del mismo y el movimiento masal. Alta presión de poros por agua infiltrada y un drenaje impedido por capas impermeables endurecidas en la parte inferior del perfil que forman un plano de deslizamiento. Manejo con obras de Bioingeniería: Remoción del material del deslizamiento con maquinaria Construcción de zanjas en V para conducción de las aguas de escorrentía e infiltradas hasta filtros profundos interconectados y estabilizados por medio de trinchos disipadores de energía Revegetalización con 8000 estacas de matarratón. Ya se ha dado proceso de revegetalización natural y algunas de las estructuras en guadua han rebrotado. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 147. Estabilización de Talud Barrio San Rafael escobar, Ovando- Valle. Rivera – CIPAV. 43.2 Deslizamientos Bomba de Gasolina, Argelia- Valle Problema: Remoción en masa por aguas subsuperficiales. Los tanques subterráneos de gasolina continuamente debían ser limpiados por acumulación de agua y sedimentos arrastrados. Solución convencional: Gaviones y filtro en concreto en la parte baja del talud. El proceso seguía activo. Proponían hacer muros de contención con valor aproximado de 150 millones de pesos. Solución con Bioingeniería: Aislamiento de la parte superior del talud Drenaje de aguas subsuperficiales con filtros vivos de 1,2 metros de profundidad hasta los filtros civiles. Establecimiento de trinchos con revegetalización. Se utilizó Higuerilla como planta nodriza para dar sombra a las otras especies durante el prendimiento. Uso de botón de oro y quiebrabarrigo para forraje de corte y complemento de embellecimiento con especies de jardín (Cayeno amarillo). El costo de las obras fue de 11,5 millones de pesos. Figura 148. Estabilización del talud con filtros, trinchos escalonados y vegetación multiestrata UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 44. Incendios forestales Los incendios son el enemigo más importante de las plantaciones forestales en más del 70% de los países. El fuego no solo destruye la madera, sino toda la fauna y flora que alberga y las construcciones aledañas. Luego de un incendio, la sucesión vegetal es siempre de menor valor que el bosque original y el nivel freático se afecta sobre todo cuando el siniestro ocurre en cuencas hidrográficas y líneas divisorias (Oharriz, 1991). Figura 149. Principales zonas afectadas por incendios forestales en el mundo. http://costaricahoy.info/ De las 114`174.800 hectáreas que componen el territorio nacional, potencialmente, el 38% debieran ser bisques protectores, 32% áreas forestales protectoras- productoras, 3% áreas forestales productoras, 25% son áreas de uso múltiple y 0,6% son áreas de pantanos (IGAC, 1992). En la práctica, el 43% del área se usa para agricultura y ganadería, es decir que hay más de 30 millones de hectáreas que deberían ser bosques y no lo son. El fuego, es la herramienta más utilizada para colonizar tierras y ampliar la frontera agrícola. Se estima que anualmente son quemadas cerca de 500.000 hectáreas. Según la clasificación de Zonas de vida de Holdridge, las formaciones vegetales con mayor riesgo de incendio en el país cubren aproximadamente 29,5 millones de hectáreas, es decir el 25% del área del país y el 54% de las áreas boscosas. Como formaciones de alto riesgo se encuentran aquellas ubicadas en zonas con precipitaciones mensuales promedio menores de 100 mm durante por lo menos 6 meses al año y como de riesgo moderado aquellas ubicadas en zonas con precipitaciones mensuales inferiores a 100 mm durante 1 a 5 meses del año. Es casi seguro que anualmente se pierden más de 25 millones de hectáreas de bosques por incendios forestales, siendo los bosques naturales los más afectados (Calderon, 1992). Tabla 52. Clasificación preliminar de la vulnerabilidad de las coberturas vegetales UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Fuente: Convenio Minambiente – IDEAM, 2002 Entre los meses de enero y abril, la incidencia es mayor en el centro y Norte de la región Andina, Caribe y Orinoquía. Entre junio y septiembre, la ocurrencia prevalece en el sur de la Región Andina, principalmente en el Valle y el Cauca. Se estima que el 94% de los incendios son originados por quemas con fines agrícolas, por descuido y vandalismo y un 6% por causas naturales como descargas eléctricas, radiación solar, vulcanismo o combustión natural de gases. Figura 150. Incendio paramo de Chingaza La región de la Orinoquia registra la mayor área afectada por causa de las quemas en los pajonales de las sabanas con 117.820 hectáreas, correspondiendo al 43.8% del total del área afectada. La región Altoandina del centro del país, con los departamentos de Tolima, Cundinamarca, Antioquia, Caldas, Boyacá y Huila, registran una superficie afectada de 135.623 hectáreas (34%), siendo significativo el impacto ambiental por la localización de los mismos en las partes altas de importantes Cuencas Hidrográficas. La quema como práctica agropecuaria está arraigada culturalmente en algunas zonas del país; en el páramo se usa para la renovación de rebrotes con fines de pastoreo de ganado vacuno; igual práctica se utiliza en las sabanas del Vichada y Casanare. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En zonas cañeras, como en la región del Gualiva en Cundinamarca se realizan como parte de la preparación de sus tierras. En la Costa Atlántica y el Chocó, se utiliza para la caza de la Hicotea (Trachemys scripta callirostris) y en los Llanos Orientales para la caza del Chigüiro (Hydrochaeris hydrochaeris). Las áreas boscosas, especialmente las de la Amazonia han sido modificadas por causa de la deforestación y la utilización de quemas para habilitar áreas agropecuarias dentro de los procesos de colonización y en las dos últimas décadas, las quemas se utilizan para la incorporación y adecuación de mayores áreas para cultivos ilícitos13. En el año 1997 se presentó el mayor número de reportes con 10.289 eventos (70.9 % del total de reportes) situación que coincidió con el fenómeno del “Niño”, originando consecuencias severas para el país y provocando un déficit de humedad en la vegetación, con altas temperaturas que incidieron en la ocurrencia de incendios, afectando un área de 164.736 hectáreas. 44.1 Incendios Forestales Se considera como incendio forestal el fuego No justificado que se extiende sin control sobre terrenos de aptitud forestal, afectando la vegetación que no estaba destinada a arder. Las quemas controladas con fines agrícolas de preparación de terreno o para la cosecha de caña o eliminación de desechos, no se consideran incendios forestales. Sin embargo, el mal manejo del fuego durante estas practicas es la causas de muchos de los incendios forestales. Para que se inicie un incendio forestal es necesario que concurran a un mismon tiempo y en un mismo sitio tres factores: Un agente causante de ignición, suficiente material combustible y condiciones ambientales que favorezcan la combustión (calor y oxigeno) y la propagación del fuego (viento). Las principales causas de los incendios forestales son: 13 - Intencional: Efectuadas por incendiarios y pirómanos - Negligencia: Fumadores, fogatas, quemas con fines agrícolas y de renovación de praderas, quema de basuras - Descuido: Vidrios que quedan en el área y por efecto de lupa inician un fuego, mantenimiento de bordes de carretera, manejo de pólvora. - Accidental: Caída de líneas eléctricas sobre los árboles, chispas eléctricas de vehículos o maquinaria, accidentes aéreos, prácticas militares, terrorismo. Plan nacional de Prevención. Control de incendios forestales y restauración de áreas degradadas. Preparado por la Comisión Nacional Asesora para la Prevención y Mitigación de Incendios Forestales. Bogotá, D.C., Diciembre 12 de 2002. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico - – UNAD Humanidades Natural: Rayos, ignición de forma espontanea en épocas de verano, vulcanismo. Las consecuencias que traen los incendios forestales se enumeran a continuación: - Perdida de flora: La mayoría de especies vegetales sucumben a temperaturas entre 45 y 50 ºC. En un incendio, la temperatura alcanza valores por encima de los 1000ºC. La mayoría de especies valiosas desaparece dando lugar a una vegetación de sucesión con menor valor. Además tiene efectos acumulativos sobre la masa boscosa, como la reducción de la tasa de crecimiento de la masa vegetal, de la calidad de la madera y el incremento de plagas y enfermedades. Una plantación demora entre 20 y 30 años en recuperarse y llegar a la madurez. - Efectos sobre la fauna: Pueden ser directos, causando la muerte instantánea, o indirectos, por la destrucción de nichos y hábitats. En todo caso, los animales que no mueren son desplazados y por lo tanto hay una merma importante no solo en la biodiversidad permanente sino que produce cambios en poblaciones migratorias que ven destruidos sus hogares de paso. La fauna que habitaba un área afectada por incendio, demora entre 6 a 10 años en recuperarse y nunca alcanza el estado ideal que tenía antes de ser afectada. - Efectos sobre el suelo: Varían dependiendo del suelo, de la intensidad y duración del fuego. En general se pierde toda la materia orgánica y el mantillo, se producen cambios estructurales en las arcillas que a su vez alteran propiedades como la porosidad, el drenaje, la estabilidad de agregados y el contenido de nutrientes. Los suelos quedan muy susceptibles a procesos de erosión por arrastre de sedimentos. - Efectos sobre el agua: Hay una disminución del nivel freático. Las cenizas y carbón producto de la combustión contaminan las fuentes de agua y la desaparición de la vegetación altera el ciclo hidrológico trayendo como consecuencia veranos más secos e inviernos mas torrenciales, avalanchas e inundaciones. - Efectos sobre el aire: Disminución de la visibilidad por efecto del humo y las cenizas, sobrecalentamiento del aire, emisión de CO2, afectación a la capa de ozono. 44.2 Factores que contribuyen a la propagación de los incendios forestales UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Material combustible: El sotobosque, el estrato herbáceo, ramas, hojas y mantillo, son los materiales más combustibles y de su abundancia y características depende su calidad como agente de ignición. Las gramíneas y palmas son los principales indicadores de peligro de incendio por ser muy combustibles. La carga de material combustible se calcula mediante la fórmula: Cmc = P / S Donde Cmc : es la carga de material combustible en Kg.m2 P : Peso recolectado en un área determinada en Kg S : Área de muestreo en m2 Según el resultado, la peligrosidad de la carga se valora según la tabla xxx Tabla 53. Grado de peligrosidad de la carga combustible Peso Cmc Kg. m2 Grado de Peligrosidad 0,1 – 1,9 Baja 2 – 3,9 Media 4 – 5,9 Alta >6 Muy alta Rothermel(1973) estableció 13 modelos de Combustión en superficie: Tabla 54. Modelos de Combustión en Superficie según Rothermel, (1973). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Algunos factores influyen en que la propagación del fuego sea más rápida La pendiente del terreno : La propagación es mayor cuando el fuego avanza cuesta arriba en relación a un terreno llano y menor cuando avanza cuesta abajo. Un incendio que se origina en una pendiente del 5%, triplicará la velocidad de propagación al llegar a una pendiente del 30% y la triplicará nuevamente al llegar a un pendiente del 60%. Es decir que la velocidad se incrementa exponencialmente en relación a la pendiente del terreno. La humedad del material combustible : Cuanto más seco esté el material, mas combustible UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tabla 55. Capacidad combustible de material vegetal con diferentes grados de humedad % Humedad del material Capacidad para arder 40 Nula 30 a 39 Moderada 10 a 29 Alta 10 Intensa La velocidad del viento y su dirección: Cuando se desarrolla el incendio se crean corrientes convectivas que originan un aumento en la velocidad del viento local respecto a la velocidad del viento regional. Los bosques de terrenos llanos están más expuestos a la acción secante del viento que en las regiones colinosas. El régimen de lluvia: Temporadas secas muy largas propician incendios. De otra parte, lluvias aisladas aun cuando sean intensas no ayudan a disminuir el riesgo. En épocas lluviosas es mayor la propagación de incendios en bosques de coníferas que en bosques de especies latifoliadas a excepción de los bosques de Casuarinas y Eucaliptus que poseen altos focos caloríficos y de propagación. La temperatura del aire y la Humedad relativa (%HR). Cuanto menor sea la HR más fácilmente se propagará el fuego. Temperaturas por encima de 30º C, vientos por encima de los 30 Km/h y HR inferior al 30%, son desencadenantes de incendios forestales espontáneos. Si además se añade una orografía complicada, con valles encajados y pendientes acusadas, la extinción del fuego se hace imposible. Composición florística y edad del bosque: Las formaciones naturales de pinos, casuarinas y eucaliptus en estado brinzal tienen mayor peligro de incendio que cuando están en estado fustal y fustal adulto. Las especies latifoliadas son más susceptibles cuando crecen en suelos arenosos tras varios días sin llover que cuando crecen en suelos arcillosos. 44.3 Tipos de incendios forestales Los incendios forestales se clasifican en: Incendios superficiales: Producen poca afectación, solo dañan algunos árboles y la altura de llamas n o sobrepasa los 50 cm. Incendios subterráneos: Avanzan lentamente por la capa orgánica del suelo y las raíces. Se producen especialmente en ciénagas y sabanas pantanosas. No se ve presencia de llama por la poca cantidad de O 2 y avanzan lentamente. Para detenerlos es necesario crear una discontinuidad UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades por medio de zanjas que lleguen hasta el suelo mineral. Duran desde días hasta meses y son muy difíciles de controlar en tanto mayor sea la profundidad de la capa vegetal que puede ser de varios metros en el caso de las turberas. Incendios de copa: Son siempre originados por incendio superficial que es favorecido por condiciones externas que le permiten invadir las copas der los arboles y propagarse a gran velocidad por el estrato superior del bosque. Figura 151. Tipos de incendios forestales (Blanco, Garcìa, Castellnou, Molina, & Grillo, 2007) Los incendios de copa a su vez, se clasifican según su velocidad de Avance. a. Antorcheo: Paso de fuego superficial a fuego de copa pero de manera muy puntual en algunos individuos b. Pasivo: Fuego que avanza por las coronas de los arboles acoplado al fuego de superficie. Si se elimina este, el fuego de copas desaparece. c. Activo: Avanza por las coronas de los arboles, independiente del fuego de superficie. Necesita viento y copas próximas. Los incendios tienen tres partes: Cabeza o parte frontal: Es la parte más adelantada del incendio y en donde el fuego tienen la mayor velocidad. Es el sitio por donde avanza. Cuando el incendio es muy grande puede tener varias cabezas. Flancos o laterales: Son los costados del incendio que conectan con la cabeza. El avance es más lento por que corre sobre materiales ya quemados. Cola: Es la parte opuesta a la cabeza. Es la parte de más lento avance ya que por lo general las llanas avanzan en contra del viento. La velocidad de avance en la cola es dos veces menor a la velocidad den la cabeza. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 152. Partes de un incendio. Blanco et al, (2007). Algunos parámetros que se tienen en cuenta al momento de enfrentar un incendio forestal son: La velocidad medida en km.h-1 o m.s-1 de avance del incendio, tiene varios componentes: Velocidad lineal: Permite establecer las líneas de control del perímetro e indica lo que tardará en llegar el fuego a la línea de control Velocidad perimetral: Es la velocidad a la que crece el perímetro. Permite determinar los recursos necesarios para el control. Areal: Permite determinar el área afectada y el daño previsible o potencial. Longitud de llama: Es la máxima distancia existente entre la base y la punta de la llama. Nos permite conocer cuál es la intensidad de llama (If) a partir de la longitud de llama (L) en la ecuación: If = 259 L2,17 Según la longitud de llama pueden esquematizarse las acciones de ataque así: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Lección 45. Manejo de incendios Forestales Se consideran medidas de protección contra incendios forestales todas aquellas tendientes a la prevención, organización y lucha contra los incendios en los bosques. Dentro de las medidas de manejo de incendios, es necesario trabajar sobre todo en la prevención ya que un gran porcentaje de los incendios forestales son causados por el hombre bien sea de manera intencional o no. 45.1 Medidas preventivas Divulgación y Educación: Son todas las campañas llevadas a cabo por entes gubernamentales y otras organizaciones, tendientes a concientizar a las personas a todo nivel tanto en las zonas urbanas como rurales, a través de diferentes medios de comunicación , mediante estrategias educativas como talleres y conferencias, señalización y propaganda. Legislación forestal: La aplicación de medidas legales sobre los infractores de las leyes de protección de bosques es un eslabón importante en la lucha contra los incendios forestales. Por ello, los decretos y leyes deben contemplar los diferentes aspectos que impactan en la problemática como son: Prohibición del uso de fuego en terrenos forestales, áreas de protección, parques naturales y zonas de amortiguación Reglamentar las medidas para prevenir incendios forestales Expedir permisos técnicos oficiales para poder realizar quemas agrícolas controladas en zonas aledañas a terrenos forestales y paramos Facultad de prohibir o limitar la circulación en terrenos forestales Algunas de las leyes que rigen en Colombia para la protección contra incendios forestales son: o Ley 2 de 1659. Reservas Forestales y protección de suelos y aguas o Decreto 2340 de 1997. Comisión para la Prevención de Incendios Forestales o Ley no. 1021 del 20 de abril de 2006 “Por la cual se expide la Ley General Forestal”. o Plan nacional de Prevención. Control de incendios forestales y restauración de áreas degradadas. Preparado por la Comisión UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Nacional Asesora para la Prevención y Mitigación de Incendios Forestales. Bogotá, D.C., Diciembre 12 de 2002 Eliminación de riesgos de incendio: Incluye todas las medidas que ayuden a eliminar los factores de inicio de un incendio como son fuentes de materiales combustibles y fuentes de ignición. Podas contra incendios: consiste en realizar podas hasta 1,5 o 2 metros de altura a lo largo de los bosques, a orillas de caminos y vías principales en una franja de 50 a 150 metros de ancho, ayuda a disminuir los focos de inicio y propagación de fuegos de superficie y evita que se desarrollen incendios de copa. Los desechos de la poda deben recogerse y disponerse o incinerarse en un área segura. Quemas controladas: Las quemas técnicamente controladas cumplen con su función y se evita la propagación del fuego generando incendios. Es uno de los puntos en que más se debe trabajar desde la capacitación, la asesoría y la vigilancia. Demarcación de áreas restringidas para fumadores Fajas quemadas contra incendios: Son fajas incombustibles a orillas de caminos y terraplenes que tengan mucho tráfico de personal y que puedan ser áreas de inicio de incendios. Barreras contra incendios: Obstáculos artificiales o naturales con plantas piroresistentes como el fique que ayudan a impedir o disminuir la propagación del fuego. También pueden ser barreras con árboles y arbustos de hoja perenne y suculenta, en donde además se hacen labores de poda anti incendio. Fajas anti fuegos: se utilizan en muchos países durante los veranos cuando se acumulan más de 5 días sin lluvia. Consiste en productos químicos ignífugos que se dispersan en las zonas de más incidencia y peligrosidad para evitar el inicio o propagación de un fuego. Patrulleros forestales 45.2 Tácticas de extinción de incendios Se considera como táctica, la determinación del procedimiento más adecuado para combatir un incendio según las condiciones de origen y el tipo de incendio que se haya desarrollado. En general el control de un incendio se lleva a cabo en tres etapas. 1. Las llamas se detienen o suprimen en el mismo borde del incendio 2. La propagación del fuego se limita y se establece un perímetro por medio de fajas o barreras para limitar su expansión 3. Se liquidan los fuegos dentro del perímetro para evitar nuevos brotes UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Posteriormente es necesario mantener vigilancia para extinguir brotes nuevos a tiempo. Existen diferentes métodos para extinguir el fuego. Todos buscan o bien eliminar el oxigeno presente en la fuente de ignición o separar la llama del material combustible, eliminar el calor provocado por la combustión y el material combustible. Estos métodos son: a. Batición de fuego: Se utilizan batefuegos cuando se quiere sofocar un fuego superficial ligero o moderado. Los batefuegos son herramientas con forma de pala o en su defecto se pueden utilizar ramas verdes de 1 a 2 metros de longitud para golpear el material en llamas y sofocarlo. 5 hombres entrenados, pueden sofocar el fuego en una línea de 1,5 km, en una hora. b. Aplicación de tierra: Consiste en abrir un hoyo desde donde se saca tierra para esparcirla encima de la línea de llamas y sofocarlas. Con ayuda de palas mecánicas se puede abarcar una línea de 1,5 km en una hora. Pero solo es posible mecanizar el trabajo en terrenos llanos. Cuando solo se dispone de mano de obra, resulta un método bastante lento. c. Aplicación de agua: Es el método principal. Puesto que solo la parte superficial de la gota e3s la que actúa, entre mas pulverizada se a la aplicación mayor será el efecto de control. También debe tenerse en cuenta que el agua tiene poco poder de penetración. Por tanto , para controlar incendios ligeros y superficiales, un tamaño de gota fino a manera de llovizna resulta eficiente, pero para control de incendios fuertes y subterráneos, es necesario aplicar el agua a presión a fin de poder destruir los materiales combustibles . El agua se aplica por medio de mangueras conectadas a motobombas y a con mochilas de espalda. Con una bomba de espalda de 20 litros, se espera que un hombre sofoque una línea de fuego de 100 metros en 12 minutos. d. Aplicación de productos químicos como polvos y espumas: Se utilizan para potenciar la acción del agua en el proceso de extinción o como productos retardantes que buscan crear una barrera que impida el avance del fuego. Las espumas se aplican desde el aire con el fin de sofocar las llamas. e. Construcción de fajas o canales cortafuego: Consiste en excavar zanjas paralelas a la línea de fuego con ayuda de palas y buldócer, eliminando todo el material combustible. f. Aplicación de contrafuego: Es una quema controlada realizada con el objetivo de eliminar el material combustible y así evitar el avance de las líneas de fuego. Se utiliza como última medida cuando no es posible aplicar ninguna otra. Se ha determinado que para detener incendios superficiales basta con una franja de 20 metros de ancho, mientras que para incendios de copa que avanzan rápidamente es necesario quemar una faja de 100 a 200 metros de ancho. Se utilizan mochilas especiales para crear las líneas de fuego, las cuales pueden ser en forma de peine, de escalera o de UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades manchones. Es necesario que exista una barrera natural para que el contrafuego avance solamente en la dirección deseada hacia el incendio. Estas barreras pueden ser ríos, quebradas caminos o zanjas. Si no existen hay que crear la barrera haciendo zanjas o caballones con la ayuda de arados, de 0,5 metros de ancho en donde se aplican productos químicos ignífugos. Los primeros 4 son métodos activos dirigidos a extinguir las llamas actuando directamente sobre el borde del incendio. Los últimos dos imp0lican la perdida de una parte del territorio forestal previsto y por eso se denominan métodos pasivos. Figura 153. Métodos para el control de incendios forestales Control de incendios superficiales: En incendios superficiales es necesario atacar todos los flancos al mismo tiempo. En la cabeza donde el fuego es más fuerte, se concentran esfuerzos de extinción con vehículos para aplicar agua a presión y realizar cortafuegos con ayuda de palas mecánicas y buldócer. En los flancos donde el fuego es menos intenso se aplica agua y productos químicos con bombas de espalda y en la cola se utilizan batefuegos. Cuando resultan difíciles de atacar por la cabeza, tanto por el alcance de las llamas como por lo intenso del humo, se utiliza la táctica de control por la cola utilizando batefuegos y avanzando por la cola y los flancos hacia la cabeza. Control de incendios de copa: Estos incendios se propagan a gran velocidad ya que las llamas pueden saltar de copa a copa ayudadas por el viento. En estos en necesario aplicar todos los métodos de control de forma integrada especialmente UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades los de control directo mediante aplicación de agua y químicos desde tierra y por aire, combinados con contrafuegos. Control de incendios subterráneos: Se producen en las zonas pantanosas y turberas y pueden durar varios meses. En estos casos es necesario hacer zanjas cortafuegos profundas (0,8 a 1,2 metros), eliminado todo el material combustible a fin de atajar el avance de las llamas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Fuentes Documentales de la Unidad 3 BERLINGERI, C., YUNCOSA, N., & PÉREZ, T. (2008). 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