La compactación del suelo , también conocida como degradación de la estructura del suelo , es el aumento de la densidad aparente o la disminución de la porosidad del suelo debido a cargas aplicadas externa o internamente. [1] La compactación puede afectar negativamente a casi todas las propiedades y funciones físicas, químicas y biológicas del suelo . [2] Junto con la erosión del suelo , se considera como el "problema ambiental más costoso y más grave causado por la agricultura convencional ". [3]
En la agricultura, la compactación del suelo es un problema complejo en el que interactúan el suelo, los cultivos, el clima y la maquinaria . La presión externa debida al uso de maquinaria pesada y un manejo inadecuado del suelo puede llevar a la compactación del subsuelo , creando capas impermeables dentro del suelo que restringen los ciclos de agua y nutrientes. Este proceso puede causar efectos en el sitio, como reducción del crecimiento, rendimiento y calidad de los cultivos, así como efectos fuera del sitio, como mayor escorrentía de aguas superficiales , erosión del suelo , emisiones de gases de efecto invernadero , eutrofización , reducción de la recarga de aguas subterráneas y pérdida de biodiversidad. . [4]
A diferencia de la salinización o la erosión, la compactación del suelo es principalmente un problema subterráneo y, por lo tanto, un fenómeno invisible. [5] Se necesitan métodos de identificación especiales para localizar, monitorear y manejar el problema de manera apropiada.
Historia y estado actual
La compactación del suelo no es un problema reciente. Antes del comienzo de la agricultura mecanizada, el uso de arados se asoció con la compactación del suelo. [6] Sin embargo, múltiples estudios han demostrado que las técnicas agrícolas modernas aumentan el riesgo de compactación dañina del suelo. [7]
La base de datos históricos para la compactación global del suelo es generalmente muy débil ya que solo hay mediciones o estimaciones para ciertas regiones / países en ciertos momentos. En 1991, se estimó que la compactación del suelo representó el 4% (68,3 millones de hectáreas) de la degradación antropogénica del suelo en todo el mundo. [8] En 2013, la compactación del suelo se consideró una de las principales causas de la degradación del suelo en Europa (aproximadamente 33 millones de ha afectadas), África (18 millones de ha), Asia (10 millones de ha), Australia (4 millones de ha) y algunos áreas de América del Norte. [9]
Más específicamente, en Europa aproximadamente el 32% y el 18% de los subsuelos son alta y moderadamente vulnerables a la compactación, respectivamente. [10]
Mecanismo
En suelos sanos y bien estructurados, las partículas interactúan entre sí formando agregados de suelo. La estructura del suelo resultante aumenta en estabilidad con el número de interacciones entre las partículas del suelo. El agua y el aire llenan los vacíos entre las partículas del suelo, donde el agua interactúa con las partículas del suelo formando una capa delgada a su alrededor. Esta capa puede proteger la interacción partícula-partícula, reduciendo así la estabilidad de la estructura del suelo. [11]
La presión mecánica aplicada al suelo se compensa con un aumento de las interacciones de las partículas del suelo. Esto implica una reducción del volumen del suelo al reducir los vacíos entre las partículas del suelo. [11]
Como consecuencia, el agua y el aire se desplazan y la densidad aparente del suelo aumenta, lo que reduce la permeabilidad al agua y al aire. [12]
La susceptibilidad del suelo a la compactación depende de varios factores que influyen en las interacciones de las partículas del suelo:
- Suelo de textura , siendo los suelos de textura fina (alto contenido de arcilla) más susceptibles a la compactación que los suelos de textura gruesa. [13]
- La estructura del suelo, con estructuras angulares, heterogéneas, es más estable. [12]
- Contenido de agua del suelo , un alto contenido de agua aumenta la susceptibilidad a la compactación ya que la capa de agua en la superficie de las partículas del suelo protege las interacciones entre las partículas del suelo [11]
- Densidad aparente inicial, los suelos densos son más resistentes a la compactación ya que el número de interacciones de partículas es mayor. [14]
- El contenido de materia orgánica aumenta la resistencia a la compactación ya que la materia orgánica actúa como amortiguador, uniendo minerales y agua [15]
- pH , afecta las cargas netas de las moléculas [16]
Causas
La compactación del suelo puede ocurrir naturalmente por el proceso de secado y humectación llamado consolidación del suelo , [17] [9] o cuando se aplica presión externa al suelo. Las causas inducidas por el hombre más importantes de la compactación del suelo en la agricultura son el uso de maquinaria pesada, la práctica de la labranza en sí, la elección inadecuada de los sistemas de labranza, así como el pisoteo del ganado .
El uso de maquinarias grandes y pesadas para la agricultura a menudo causa no solo la capa superficial del suelo sino también la compactación del subsuelo. La compactación del subsuelo es más difícil de regenerar que la compactación de la capa superficial del suelo. No solo el peso de las maquinarias, es decir, la carga por eje, sino también la velocidad y el número de pasajes pueden afectar la intensidad de la compactación del suelo. [18] [19] La presión de inflado de ruedas y neumáticos también juega un papel importante en el grado de compactación del suelo. [20]
Ya sea que se use maquinaria pesada o no, la práctica de la labranza en sí misma puede causar la compactación del suelo. Si bien la principal causa de la compactación del suelo en una actividad de labranza hoy en día se debe a las maquinarias, no se debe descuidar la influencia de la compactación resultante de equipos y animales más livianos en la capa superior del suelo. [21] Además, la elección inadecuada de los sistemas de labranza puede causar una compactación innecesaria del suelo. [22] Sin embargo, cabe señalar que la actividad de labranza podría reducir la compactación de la capa superficial del suelo en comparación con la ausencia de actividad de labranza a largo plazo. [23]
El pisoteo significativo del ganado resultante de la ganadería en prados y tierras agrícolas también se considera una de las principales causas de la compactación del suelo. [24] Esto no se ve afectado si el pastoreo es continuo o de corto plazo, [25] sin embargo se ve afectado por la intensidad del pastoreo. [26]
Efectos
Efectos in situ
Los principales efectos sobre las propiedades del suelo debido a la compactación del suelo son la reducción de la permeabilidad del aire y la reducción de la infiltración de agua . [27] Los principales efectos físicos negativos para las plantas son el crecimiento restringido de las raíces de las plantas en respuesta a la acumulación de la hormona vegetal etileno [28] y la accesibilidad de los nutrientes debido al aumento de la densidad aparente y la reducción del tamaño de los poros del suelo . [9] Esto puede conducir a una capa superior del suelo extremadamente seca y eventualmente hace que el suelo se agriete porque las raíces absorben el agua que requiere transpiración desde la parte superior del suelo donde las plantas pueden penetrar con su profundidad de raíz restringida. [20]
Las propiedades químicas del suelo están influenciadas por cambios en las propiedades físicas del suelo. Un posible efecto es una disminución en la difusión de oxígeno que causa una condición anaeróbica . Junto con la condición anaeróbica, los aumentos en la saturación del agua del suelo pueden incrementar los procesos de desnitrificación en el suelo. Las posibles consecuencias son un aumento de la emisión de N2O , una disminución del nitrógeno disponible en el suelo y una reducción de la eficiencia del uso de nitrógeno por parte de los cultivos. [29] Esto puede provocar un aumento del uso de fertilizantes. [9]
La biodiversidad del suelo también se ve influida por la reducción de la aireación del suelo. La compactación severa del suelo puede causar una reducción de la biomasa microbiana . [30] Es posible que la compactación del suelo no influya en la cantidad, sino en la distribución de la macrofauna que es vital para la estructura del suelo, incluidas las lombrices de tierra debido a la reducción de los poros dilatados. [9] [31]
Todos estos factores afectan negativamente al crecimiento de las plantas y, por lo tanto, conducen a una reducción del rendimiento de los cultivos en la mayoría de los casos. [32] Dado que la compactación del suelo es persistente, la pérdida de rendimiento de los cultivos como uno de los "costos de compactación del suelo" [33] puede dar lugar a la preocupación de pérdidas económicas a largo plazo.
Efectos fuera del sitio
La compactación del suelo y sus efectos directos están estrechamente relacionados con los efectos indirectos fuera del sitio que tienen un impacto global, visible solo en una perspectiva a largo plazo. La acumulación de efectos puede resultar en impactos ambientales complejos que contribuyen a los problemas ambientales globales en curso, como la erosión, las inundaciones , el cambio climático y la pérdida de biodiversidad en el suelo. [34]
Seguridad alimentaria
La compactación del suelo provoca reducciones en el crecimiento, el rendimiento y la calidad de los cultivos . A nivel local, estos efectos pueden tener impactos menores en la seguridad alimentaria . Sin embargo, si se agregan las pérdidas en el suministro de alimentos debido a la compactación del suelo, la compactación puede amenazar la seguridad alimentaria. Esto es especialmente relevante para las regiones propensas a sequías e inundaciones. Aquí, el suelo compactado puede contribuir a secar la capa superficial del suelo y aumentar la escorrentía superficial . Además, el cambio climático puede agravar la compactación adversa del suelo. Esto se debe a que el cambio climático presenta eventos como olas de calor y tormentas que pueden aumentar el riesgo de sequías e inundaciones y sistemas de drenaje.
Cambio climático y uso de energía
El suelo es un almacenamiento de gases de efecto invernadero (GEI). Se considera una importante reserva terrestre de carbono. [35] Al proporcionar servicios de filtrado y ciclo de nutrientes , el suelo regula los flujos de gases de efecto invernadero. La pérdida de gases del suelo a la atmósfera a menudo se ve reforzada por la influencia de la compactación del suelo sobre la permeabilidad y los cambios en el crecimiento de los cultivos. Cuando los suelos compactados están anegados o tienen un contenido elevado de agua, tienden a causar pérdidas de metano (CH4) a la atmósfera debido al aumento de la actividad de las bacterias. La liberación del óxido nitroso (N2O) de GEI se origina también en procesos microbiológicos en el suelo y se ve reforzada por el uso de fertilizantes nitrogenados en tierras cultivables. [36]
Además, el suelo compactado requiere un aporte extra de energía. Se usa más combustible y fertilizante para el cultivo en comparación con el suelo sin compactar debido a las restricciones en el crecimiento de los cultivos que resultan de una menor eficiencia en el uso de nitrógeno. La producción de fertilizantes nitrogenados requiere mucha energía.
Erosión, inundaciones y aguas superficiales
La reducida permeabilidad del suelo compactado puede provocar inundaciones locales. Cuando el agua no puede infiltrarse, encharcamiento y el anegamiento representan un riesgo general para la erosión del suelo por el agua. [37] En suelos compactados, las huellas de las ruedas suelen ser el punto de partida de la escorrentía y la erosión. Es probable que la erosión del suelo aparezca en campos inclinados o especialmente en terrenos montañosos. Esto podría dar lugar a una transferencia de sedimentos [56]. Excepto por los efectos negativos directos para los agricultores, el riesgo de escorrentía superficial cerca de las huellas de las ruedas afecta indirectamente el medio ambiente fuera de la finca, ya que, por ejemplo, redistribuye “sedimentos, nutrientes y pesticidas dentro y fuera del campo”. [20] Especialmente cuando aumenta el riesgo de erosión del suelo superficial, la eutrofización de las aguas superficiales se convierte en un gran problema debido a una mayor cantidad de nutrientes. [38] En áreas de alto riesgo, como suelos húmedos en pendientes, la lechada aplicada puede escurrirse fácilmente. Esto da como resultado una pérdida de amoníaco, que contamina las aguas superficiales, ya que crea una falta de oxígeno. Llevando así a la muerte de muchas especies, [37] la erosión del suelo causada por la compactación es responsable de una disminución en la calidad del hábitat y por lo tanto la pérdida de especies.
Agua subterránea
Otro efecto fuera del sitio se puede observar con respecto al agua subterránea . La tasa de infiltración del suelo de pastizales sin tráfico es cinco veces mayor que en suelos con tráfico intenso. [39] Una consecuencia podría ser una recarga reducida de agua subterránea . Especialmente en las regiones más secas que sufren de falta de reservas de agua, esto representa un riesgo crucial. En las regiones donde “el subsuelo proporciona una proporción significativa del agua requerida por los cultivos para satisfacer las demandas de transpiración”, [40] a menudo depende de la agricultura, este peligro de compactación es más presente.
Además, la cantidad de fertilizante que se usa en suelos compactados es más de lo que las plantas pueden absorber. Por lo tanto, el exceso de nitrato en el suelo tiende a filtrarse en las aguas subterráneas, lo que resulta en contaminación . Debido a la disminución de la capacidad de filtración del suelo, la descomposición microbiana de los plaguicidas está restringida y también es más probable que los plaguicidas lleguen a las aguas subterráneas. [37]
Métodos de identificación
La compactación del suelo se puede identificar en el campo, el laboratorio o mediante teledetección. Para obtener datos y resultados fiables es necesaria una combinación de diferentes métodos, ya que "no existe un único método universal disponible para identificar suelos compactos". [41]
En el campo
Fenómenos como el anegamiento en la superficie o en las capas del subsuelo, la reducción visible de la porosidad y los cambios en la estructura del suelo, la humedad del suelo y el color del suelo son indicadores de la compactación del suelo en el campo. [20] Un color de suelo gris azulado y un olor a sulfuro de hidrógeno pueden ocurrir en la capa superior del suelo debido a una aireación extenuada. Un aumento en la resistencia del suelo se puede medir con un penetrómetro, que es básicamente un dispositivo para medir la resistencia de un suelo. Otro indicador importante de la compactación del suelo es la propia vegetación. Mediante patrones de crecimiento del cultivo, colores pálidos de las hojas y crecimiento de las raíces, es posible sacar conclusiones sobre el grado de compactación. [41] Especialmente cuando se trata de identificar la compactación del suelo en el campo con las medidas mencionadas anteriormente, se ha considerado particularmente importante hacer una comparación entre el suelo potencialmente compactado y el suelo no compactado cercano.
En el laboratorio
La densidad aparente del suelo, la distribución del tamaño de los poros, la permeabilidad al agua y el coeficiente de difusión de gas aparente relativo brindan una buena visión general de la permeabilidad de los suelos al aire y al agua y, por lo tanto, sobre el grado de compactación. Dado que los poros gruesos son los más importantes para la infiltración de agua, el intercambio de gases y el transporte, se recomienda centrarse en ellos al medir la porosidad y el coeficiente de difusión. [42] Los datos obtenidos en un laboratorio son fiables siempre que se haya analizado una determinada cantidad de muestras. Por eso es necesario recolectar una gran cantidad de muestras de suelo a lo largo de toda la parcela de muestreo que sea de interés.
Sensores remotos
La teledetección ayuda a reconocer las alteraciones de la estructura del suelo, el crecimiento de las raíces, la capacidad de almacenamiento de agua y la actividad biológica. “La detección de estas características directamente en la superficie del suelo desnudo o indirectamente por la vegetación conduce a la identificación de este tipo de degradación”. [43] Esto es especialmente útil para áreas grandes. Como prevención de la compactación del suelo, la teledetección puede modelar la susceptibilidad de los suelos considerando la textura del suelo, el valor de la pendiente, el régimen hídrico y factores económicos como el tipo de agricultura o la maquinaria que se utiliza.
Limitaciones
La compactación del suelo suele ser local y depende de muchos factores que pueden variar en unos pocos metros cuadrados. Esto hace que sea muy difícil estimar la susceptibilidad de los suelos a la compactación a gran escala. Dado que los métodos de teledetección no pueden identificar la compactación del suelo directamente, existen limitaciones para la identificación, el seguimiento y la cuantificación, especialmente a escala mundial. Los métodos de identificación mencionados anteriormente son insuficientes para áreas grandes, ya que no es posible obtener un tamaño de muestra lo suficientemente grande sin dañar el suelo y mantener el costo financiero a un nivel razonable.
Evitación y mitigación
Se necesitan varias décadas para una restauración parcial del suelo compactado y, por lo tanto, es extremadamente importante tomar medidas activas para regenerar las funciones del suelo. [44] Dado que la compactación del suelo es muy difícil de identificar y revertir, se debe prestar especial atención a evitar y aliviar.
Respuestas de política pública
La Asamblea General de las Naciones Unidas ha acordado combatir conjuntamente la degradación de la tierra. En particular, los Estados miembros se comprometieron a “utilizar y difundir tecnología moderna para la recopilación, transmisión y evaluación de datos sobre la degradación de la tierra”. [45]
La Unión Europea aborda la compactación del suelo mediante el Séptimo Programa de Acción Medioambiental de la UE, que entró en vigor en 2014. Reconoce que la degradación del suelo es un grave desafío y afirma que para 2020 se supone que la tierra se gestionará de forma sostenible en toda la Unión. [46]
Los gobiernos nacionales han regulado las prácticas agrícolas para mitigar el efecto de la compactación del suelo. Por ejemplo, en Alemania, los agricultores operan bajo la Ley Federal de Conservación de Suelos. La ley establece que los agricultores tienen la obligación de actuar con cautela hacia la compactación del suelo de acuerdo con las buenas prácticas reconocidas. [47] Las buenas prácticas pueden variar de un caso a otro, implicando una variedad de métodos biológicos, químicos y técnicos.
Métodos biológicos
La introducción de plantas de enraizamiento profundo es una forma natural de regenerar suelos compactados. Los cultivos de raíces profundas proporcionan ciclos de humectación y secado inducidos por los cultivos que agrietan el suelo, rompen las capas impermeables del suelo mediante la penetración de las raíces y aumentan la materia orgánica [80]. La técnica zaï [48] describe un sistema de plantación de pozos que se excavan en suelos pobres. Estos pozos, con un diámetro promedio de 20 a 40 cm y una profundidad de 10 a 20 cm, se llenan de materia orgánica y luego se siembran después de la primera lluvia de la temporada. Esta técnica conserva el suelo, captura el agua y rehabilita gradualmente la estructura y la salud del suelo subyacente. [49] Una forma sistemática de regenerar suelos degradados (por ejemplo, suelos compactados) a largo plazo es la transformación de la agricultura convencional en agrosilvicultura. Los sistemas agroforestales tienen como objetivo la estabilización del rendimiento anual y el mantenimiento saludable del ecosistema mediante la combinación del cultivo de plantas y árboles en el mismo sitio [81]
Metodos quimicos
Dado que la compactación del suelo puede conducir a un crecimiento reducido de los cultivos y, por lo tanto, a un rendimiento económico reducido, está aumentando el uso de fertilizantes, especialmente nitrógeno y fósforo. Esta creciente demanda causa varios problemas. El fósforo se encuentra en depósitos marinos, depósitos magmáticos o en Guana, que son depósitos recientes de excrementos de aves marinas. El fósforo extraído de los depósitos marinos contiene cadmio y urano. Ambos elementos pueden tener efectos tóxicos en el suelo, las plantas y, por tanto, para los seres humanos o los animales como consumidores.
Otra oportunidad para aumentar la fertilidad del suelo además de usar fertilizantes minerales es el encalado. Mediante el encalado, el nivel de pH y la saturación de bases deben elevarse a un nivel más adecuado para los microorganismos y especialmente las lombrices de tierra en la capa superior del suelo. A través de una mayor actividad de la fauna del suelo, se debe lograr un aflojamiento del suelo y una mayor porosidad y una mejor permeabilidad al agua y al aire. [50]
Métodos técnicos
Los métodos técnicos apuntan principalmente a reducir y controlar la presión aplicada sobre el suelo por la maquinaria pesada. En primer lugar, la idea de un tráfico de ruedas controlado es separar las vías con ruedas y el área para el enraizamiento de las plantas. [51] Se espera una reducción de la superficie compactada por los neumáticos, reduciendo los efectos negativos sobre el crecimiento de los cultivos. En algunas áreas, se introdujo tecnología basada en GIS para monitorear y controlar mejor las rutas del tráfico. [20]
La presión baja de los neumáticos es otra forma de distribuir la presión aplicada en una superficie mayor y suavizar la presión general. Para una gestión integrada, se recomienda el modelado por computadora del patio de cultivo para determinar la vulnerabilidad a la compactación a fin de evitar conducir sobre suelos vulnerables. [52]
Ninguna labranza puede contribuir a una mejor condición del suelo ya que conserva más agua que la labranza tradicional, [51] sin embargo, como la labranza es una preparación del patio de cultivo para el próximo proceso de siembra o plantación, la no labranza no necesariamente da un resultado positivo en todos los casos. El aflojamiento de las capas de suelo ya compactadas mediante un desgarro profundo puede ser beneficioso para el crecimiento de las plantas y la condición del suelo.
Ver también
- Uso de la tierra, cambio de uso de la tierra y silvicultura
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