La erosión por labranza es una forma de erosión del suelo que ocurre en campos cultivados debido al movimiento del suelo por labranza . [1] [2] Hay cada vez más pruebas de que la erosión por labranza es un proceso importante de erosión del suelo en las tierras agrícolas, superando la erosión hídrica y eólica en muchos campos de todo el mundo, especialmente en tierras inclinadas y montañosas [3] [4] [5 ] Un patrón espacial característico de la erosión del suelo que se muestra en muchos manuales y folletos sobre erosión hídrica, las cimas de las colinas erosionadas, en realidad es causado por la erosión por labranza, ya que la erosión por agua causa principalmente pérdidas de suelo en los segmentos de ladera media y baja de una pendiente, no en las cimas de las colinas. [6] [1] [3]La erosión de la labranza da como resultado la degradación del suelo, lo que puede provocar una reducción significativa en el rendimiento de los cultivos y, por lo tanto, pérdidas económicas para la finca. [7] [8]
Proceso fisico
Conceptualmente, el proceso de erosión de la labranza (E Ti ) se puede describir como una función de la erosividad de la labranza (ET) y la erosionabilidad del paisaje (EL): [9]
E Ti = f (ET, EL)
La erosividad de la labranza (ET) se define como la propensión de una operación de labranza, o una secuencia de operaciones, a erosionar el suelo y se ve afectada por el diseño y la operación del implemento de labranza (por ejemplo, el tamaño, la disposición y la forma de las herramientas de labranza, la labranza velocidad y profundidad). La erosionabilidad del paisaje (EL) se define como la propensión de un paisaje a ser erosionado por la labranza y se ve afectada por la topografía del paisaje (por ejemplo, gradiente de pendiente y curvatura de pendiente) y las propiedades del suelo (por ejemplo, textura, estructura, densidad aparente y contenido de humedad del suelo). ).
La erosión de la labranza ocurre como resultado de cambios en la traslocación de la labranza (movimiento del suelo por labranza) a través del campo. La translocación de la labranza se expresa como una función lineal del gradiente de la pendiente (θ) y la curvatura de la pendiente (φ): [9]
T M = α + β θ + γ φ
donde T M es la translocación de labranza; α es la translocación de la labranza en una superficie plana del suelo; β y γ son coeficientes que describen la translocación adicional resultante del gradiente de pendiente y la curvatura de pendiente, respectivamente. La erosión de la labranza, que es la translocación neta de la labranza, se calcula como:
T M Neto = ΔT M = β Δθ + γ Δφ
Para una unidad de área A en un campo cultivado, la tasa de erosión por labranza para una operación de labranza se puede calcular como:
E Ti = (T M afuera - T M adentro ) / A = [β (θ afuera - θ adentro ) + γ (φ afuera - φ adentro )] / A
donde E Ti es la tasa de erosión de la labranza para la operación de labranza; T M out es la translocación de labranza saliente o la cantidad de suelo que sale de A; y T M in es la translocación de labranza entrante o la cantidad de suelo que se mueve hacia A; θ hacia fuera es el gradiente de pendiente de salida a lo largo de la dirección de labranza, θ hacia adentro es el gradiente de pendiente de entrada a lo largo de la dirección de labranza; φ hacia fuera es la curvatura de la pendiente de salida a lo largo de la dirección de labranza, φ hacia adentro es la curvatura de la pendiente de entrada a lo largo de la dirección de labranza.
Patrones espaciales
Los patrones espaciales típicos de erosión por labranza observados en campos cultivados están relacionados con la topografía local: pérdida de suelo de las cimas de las colinas (convexidades) y acumulación de suelo en depresiones (concavidades) ; o relacionado con el límite del campo: pérdida de suelo por la parte inferior del límite del campo y acumulación de suelo en el lado superior del límite del campo . [3] [6] La erosión por labranza relacionada con la topografía local es más pronunciada en paisajes montañosos con cimas erosionadas que a menudo exhiben un color de suelo claro debido a la pérdida de la capa superior del suelo rica en materia orgánica, un fenómeno que a menudo se asume erróneamente que es el resultado de la erosión hídrica. La erosión de la labranza relacionada con los límites del campo está determinada no solo por la topografía sino también por las direcciones de la labranza y es responsable de la formación de bancos de labranza y terrazas. [10] [11]
Medición
La erosión de la labranza se puede medir mediante la medición de la translocación de la labranza o la medición de la pérdida y acumulación de suelo. [12] La traslocación de la labranza normalmente se mide con un marcador que se incorpora al suelo en las parcelas. Las distribuciones del marcador antes y después de la labranza se utilizan para calcular la traslocación de la labranza. Se utilizan dos tipos de trazadores, trazadores puntuales, [13] [14] [15] [16] y trazadores a granel [17] [18] [19] [20] [21] . Mientras que los trazadores de puntos son fáciles de implementar, los trazadores a granel pueden proporcionar más información sobre la dispersión del suelo durante el proceso de translocación. La pérdida y acumulación de suelo por erosión por labranza se puede estimar a partir de cambios en la elevación de la superficie. Por ejemplo, la elevación de un campo labrado se puede comparar con un objeto de referencia adyacente que no se ha erosionado, como una cerca o un seto. Las disminuciones en la elevación de la superficie indican pérdidas de suelo, mientras que los aumentos en la elevación son evidencia de acumulaciones de suelo. El cambio de elevación también se puede determinar tomando medidas repetidas de las elevaciones de la superficie del suelo con técnicas de levantamiento topográfico de alta precisión como RTK GPS , estación total y fotogrametría de corto alcance . Otra forma de estimar la pérdida y acumulación de suelo es medir los cambios en las propiedades del suelo, como el contenido de materia orgánica del suelo. Sin embargo, la materia orgánica del suelo puede verse afectada por muchos factores, por lo que no es un método muy confiable. Desde la década de 1980, se han utilizado radioisótopos como Cs-137 y Pb-210 para proporcionar estimaciones de la erosión del suelo mucho más precisas. [22] [23] [24] [25]
Modelado
Modelo de ladera (unidimensional)
- El indicador de riesgo de erosión por labranza ( TillERI ) [7] es un modelo simplificado de erosión por labranza que se utiliza para estimar el riesgo de erosión por labranza en tierras agrícolas a escala nacional en Canadá. Es uno de los indicadores de erosión como parte de los indicadores agroambientales desarrollados bajo el Programa Nacional de Análisis e Informes de Salud Agroambiental (NAHARP) . Los datos de entrada incluyen la longitud de la ladera, el gradiente de la pendiente del segmento erosionado y la erosividad de las operaciones de labranza (valor β). Los datos de salida del modelo incluyen la tasa de erosión por labranza en el segmento de erosión y el nivel de riesgo de erosión por labranza para esa ladera.
- El modelo de predicción de la erosión por labranza ( TEP ) [26] [27] está diseñado para calcular el movimiento neto del suelo para segmentos individuales de ladera a lo largo de un transecto de campo para operaciones de labranza individuales. Los datos de entrada incluyen la elevación del segmento de ladera, el gradiente de la pendiente y la longitud del segmento, así como la erosividad de las operaciones de labranza (valor β). Los datos de salida del modelo incluyen la tasa de erosión de la labranza y el cambio de elevación.
- El modelo de traslocación de labranza ( TillTM ) [28] se utiliza para simular el proceso de traslocación de labranza y para predecir la masa de suelo inducida por la labranza y la redistribución de los componentes del suelo a lo largo de un transecto. Tiene en cuenta tanto la mezcla vertical como horizontal del suelo durante el proceso de traslocación de la labranza.
Modelo a escala de campo (bidimensional)
- El Modelo de Erosión por Agua y Labranza ( WaTEM ) [6] [29] es un modelo diseñado para calcular la tasa de erosión por agua y labranza en cada nodo de la red en el Modelo Digital de Elevación (DEM). El componente de erosión por labranza de WaTEM simula la redistribución del suelo en DEM usando una ecuación de tipo difusión y asume que toda la translocación del suelo ocurre en la dirección de la pendiente más empinada, independientemente del patrón de labranza.
- El modelo de Redistribución del suelo por labranza ( SORET ) [30] es del tipo de distribución espacial y puede realizar simulaciones 3D de la redistribución del suelo en DEM a escala de campo. Puede predecir la redistribución del suelo que surge de diferentes patrones de labranza en un paisaje dado mediante la simulación por computadora de una sola operación de labranza, y también es capaz de pronosticar los efectos a largo plazo de operaciones repetidas. Tiene en cuenta el patrón de labranza (direcciones) y puede calcular la traslocación de la labranza en las direcciones paralelas y perpendiculares a la dirección de labranza.
- El Modelo de Erosión de Labranza ( TillEM ) [31] calcula las tasas de erosión de labranza puntual en los nodos de la cuadrícula de un DEM a lo largo de las líneas paralelas y perpendiculares a la dirección de labranza, que representan la translocación de labranza hacia adelante y lateral, que es muy similar a la SORET modelo. La diferencia es que el TillEM tiene en cuenta los efectos de las variaciones de la curvatura de la pendiente (valor γ) sobre la traslocación de la labranza.
- El modelo de erosión por labranza direccional ( DirTillEM ) [32] es una versión mejorada de TillEM. El DirTillEM calcula el suelo entrante y saliente en cada una de las cuatro direcciones para cada celda en un DEM y determina la erosión de labranza para esa celda sumando todo el suelo entrante y saliente. Esta estructura de cálculo permite que DirTillEM trate cada celda de forma independiente para que pueda simular la erosión de la labranza bajo patrones de labranza complicados (por ejemplo, patrón circular) o límites de campo irregulares.
- El modelo Cellular Automata for Tillage Translocation ( CATT ) [33] simula la redistribución del suelo en un campo causado por la labranza a través de un Cellular Automata Model que calcula secuencialmente las interacciones locales entre una celda y sus vecinas debido a la labranza translocación.
Efectos
Degradación del suelo
La erosión de la labranza causa la pérdida de la capa superior del suelo fértil de la parte erosionada del campo. [3] [34] A medida que la capa superior del suelo se vuelve más delgada, las operaciones de labranza subsiguientes traerán tierra de subcapa y la mezclarán con la capa de labranza. Esta mezcla vertical da como resultado la degradación del suelo en la parte erosionada del campo. Además, el suelo degradado en la porción erosionada del campo se mezclará horizontalmente en áreas adyacentes a través de la traslocación de labranza. [28] Con el tiempo, con la mezcla vertical y horizontal, la traslocación de la labranza hará que el subsuelo se extienda desde la parte erosionada a todo el campo, incluidas las áreas de acumulación de labranza.
Pérdida de productividad de cultivos
El subsuelo a menudo tiene propiedades de suelo indeseables para el crecimiento de los cultivos (por ejemplo, menos carbono orgánico, estructura deficiente). Cuando el subsuelo se mezcla con la capa de labranza debido a la erosión de la labranza, la productividad de los cultivos se verá afectada negativamente. La pérdida debida a tal pérdida de productividad de los cultivos es enorme dado que el daño es de larga duración y requiere un gran esfuerzo restaurar la calidad del suelo a su nivel original. [7] [8]
Impacto ambiental y emisiones de gases de efecto invernadero
Dado que el suelo se degrada debido a la erosión de la labranza, puede provocar algunos problemas ambientales, como un aumento de las pérdidas de nutrientes y las emisiones de gases de efecto invernadero . [35] [36] [37] Para el secuestro de carbono en particular, aunque el suelo degradado en la parte erosionada puede reducir el secuestro de carbono, el entierro de la capa superior del suelo en las regiones de acumulación del suelo crea un gran sumidero para el secuestro de carbono [38]
Evolución del relieve y creación de características topográficas.
La erosión de la labranza es un proceso dominante para la evolución de las formas terrestres en muchos campos agrícolas. [39] [1] Aplana convexidades y concavidades y crea muros de labranza y terraplenes a lo largo de los límites del campo [10] [40] Con un patrón consistente, incluso puede crear características topográficas en campos planos. Por ejemplo, cuando un equipo de labranza de un solo sentido (p. Ej., Arado de vertedera) se usa en un patrón circular durante muchos años, puede crear una zanja de patrón “> - <” en el medio del campo. [32]
Vínculos e interacciones con otros procesos de erosión
Los campos cultivados están sujetos no solo a la erosión por labranza, sino también a la erosión hídrica y eólica. [1] [7] Existen vínculos e interacciones entre estos procesos de erosión. [41] [31] Los vínculos e interacciones se refieren a los efectos aditivos y no aditivos, respectivamente, entre diferentes procesos de erosión. La erosión total del suelo puede aumentar o disminuir debido a vínculos positivos y negativos, respectivamente, entre diferentes procesos de erosión. [6] [37] Las interacciones ocurren cuando un proceso de erosión cambia la erosionabilidad del paisaje por otro proceso de erosión, o cuando un proceso funciona como un mecanismo de entrega para otro proceso de erosión. Por ejemplo, la degradación del suelo causada por la erosión de la labranza probablemente aumentará la erosionabilidad del suelo a la erosión hídrica y eólica. Otro ejemplo son las interacciones entre la labranza y la erosión hídrica alrededor de los canales erosionados por el agua, especialmente los barrancos efímeros. La labranza se utiliza a menudo para eliminar estos canales y barrancos efímeros, en los que la traslocación de la labranza sirve esencialmente como un mecanismo de entrega para transportar el suelo a las áreas más susceptibles a la erosión hídrica. [4]
Mitigación
La erosión de la labranza se puede mitigar reduciendo la intensidad de la labranza. [4] Esto incluye reducir la frecuencia de labranza, la velocidad y profundidad de labranza y el tamaño del implemento de labranza. Sin embargo, el equipo de labranza de conservación diseñado para reducir la erosión hídrica puede no ser capaz de reducir la erosión de labranza y las operaciones de campo que tradicionalmente no se consideran operaciones de labranza pueden causar una cantidad significativa de erosión de labranza (por ejemplo, cosecha de papa). [42] La labranza en contorno reducirá la variación de la velocidad y profundidad de la labranza, lo que resultará en cambios reducidos en la translocación de la labranza a lo largo del campo. Esto también conducirá a una menor erosión de la labranza. Además, el movimiento del suelo cuesta abajo se puede compensar utilizando un arado de vertedera reversible para lanzar el surco cuesta arriba. [43] [1] Mover físicamente el suelo de las áreas de acumulación (p. Ej., Depresiones) a la parte erosionada del campo (p. Ej., Colinas), una práctica denominada restauración del paisaje del suelo, puede mitigar el impacto de la erosión de la labranza al restaurar la productividad del suelo en el erosionando parte del campo. [43] [1]
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