Lluvia, escurrimiento y producción de sedimentos en una microcuenca agrícola del sistema de Tandilia

• Autores: Ares, María Guadalupe
• Año de publicación: 2014
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Varni, Marcelo; Chagas, Celio
• Materia: Ciencias Agrarias; Buenos Aires (Argentina); erosión hídrica; Hidrografía; cuenca; Hidrogeología; escurrimiento; Cuencas Hidrográficas; precipitación
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

La erosión hídrica es uno de los principales procesos de degradación que afectan a las tierras agrícolas a nivel mundial. Sus efectos tienen consecuencias en el sitio donde ocurre, al disminuir la capacidad productiva de las tierras. Al mismo tiempo ocasionan externalidades, debido a la sedimentación en canales y reservorios y a la contaminación que puede provocar. En Argentina, estadísticas del año 1990 indican que la erosión afecta 30 millones de hectáreas, y recientemente se ha establecido que 650.000 hectáreas por año se incorporan al área afectada por erosión hídrica y eólica, debido a manejos inadecuados tales como deforestación, sobrepastoreo, cultivo de tierras marginales, entre otros. La siembra directa es una práctica de manejo que constituye una alternativa para reducir el escurrimiento y la erosión en las tierras cultivables. Su introducción en nuestro país modificó la agricultura. Su adopción se produjo rápidamente junto con la introducción de cultivos transgénicos y el aumento en el uso de agroquímicos en un proceso de incremento de la superficie destinada a la agricultura (agriculturización) que se vio favorecido por la mejora en los precios de los commodities y el incremento de las precipitaciones desde la mitad de la década de los años 70. En particular, en las tierras fértiles de las sierras de Tandilia, este sistema se introdujo de manera poco sustentable. Esto incluye el sobrepastoreo de rastrojos asociado a la reducción del área destinada a la ganadería, y la escasa planificación de las rotaciones, en las cuales el cultivo de soja tiene alta participación. Además, la sembradora de siembra directa es utilizada en combinación con operaciones previas de labranza. De este modo, los cambios ocurridos han provocado la reducción en la cobertura vegetal y en el efecto protector que ejerce. Al mismo tiempo, el aumento de las precipitaciones registrado en las últimas décadas, en el contexto antes mencionado, han contribuido a incrementar el escurrimiento, y a favorecer las condiciones para la pérdida de suelo. Esta tendencia se evidencia por los desbordes recurrentes de los arroyos de la región (durante los años 1980, 1985, 1992, 2001, 2002 y 2012) y por los síntomas de erosión que pueden ser observados con frecuencia por los productores, como surcos y cárcavas, lo que determina que este proceso de degradación constituya un problema prioritario en la región de las sierras de Tandilia. El objetivo de esta tesis fue estudiar el proceso erosión hídrica en una microcuenca ubicada en la subcuenca superior del arroyo del Azul, que se encuentra en el Sistema de Tandilia, por medio de la evaluación de la precipitación, el escurrimiento y el transporte de sedimentos en un curso de agua, como también a través de la aplicación de un modelo empírico que describa dicho proceso. El estudio se basó en las siguientes hipótesis: - En el área bajo estudio existe relación entre las características de las tormentas, generación de escurrimiento superficial y producción de sedimentos - El escurrimiento y la producción de sedimentos sufren modificaciones a lo largo del año en función de la estacionalidad de las tormentas y de la variación en el uso del suelo - El proceso de erosión laminar resulta predominante frente al de erosión en surcos El análisis se realizó en una microcuenca agrícola de 566 hectáreas durante 2011 y 2012, donde se realizaron mediciones de precipitación, escurrimiento y concentración de sedimentos. Para cada evento se consideraron las variables asociadas a la precipitación: precipitación total (P), duración de la precipitación (Dur), su energía cinética total (E), la intensidad máxima en 10 y en 30 minutos (I10 e I30, respectivamente) y el producto EI30. El escurrimiento se estudió a través de la lámina de escurrimiento total (Esc), el caudal pico (Qp), el caudal superficial medio (Qsm) y el coeficiente de escurrimiento (CE). Se obtuvieron muestras de agua de escurrimiento y se calculó la concentración de sedimentos suspendidos. Asimismo, se estimaron valores de producción total de sedimentos. La humedad antecedente se analizó a través de la reserva de agua en el suelo del día previo a la precipitación y además mediante la lluvia acumulada en los 5 días previos. Se evaluaron los parámetros de la ecuación universal de pérdida de suelo modificada (MUSLE) a partir de valores de escurrimiento, características del suelo, información topográfica y datos de cultivos, y se obtuvieron valores calculados de la producción total de sedimentos. Considerando el conjunto de los 17 eventos registrados, se encontraron correlaciones entre las variables asociadas al escurrimiento y a la precipitación, y la concentración de sedimentos suspendidos se vinculó estadísticamente con la precipitación y el escurrimiento. La dispersión registrada en la relación entre la concentración de sedimentos y las variables del escurrimiento asociadas indicaría que el proceso de pérdida de suelo tendría un comportamiento no lineal de alta variabilidad, en relación con las características de las lluvias en cuanto a su estacionalidad, que condiciona su intensidad y su erosividad. La producción total de sedimentos estimada mostró las mejores correlaciones con Qp, Qsm, CE o el factor de escurrimiento del modelo MUSLE, y tales relaciones se ajustaron a funciones exponenciales. El análisis detallado de la relación entre la producción de sedimentos estimada y el Qp permitió identificar cambios en la respuesta de este sistema, en vinculación con los mecanismos de erosión predominantes durante el período estudiado. Estos cambios se asociarían a modificaciones en las condiciones de equilibrio de la cuenca, que ocurrirían al ser superado un valor umbral. Así, tal situación, estaría dada por una pérdida en la resiliencia del sistema, es decir que no se expresaría su capacidad de regulación ante las lluvias, la que estaría dada por las propiedades de los suelos como su alto contenido de materia orgánica, su alta estabilidad estructural que favorecerían las condiciones para la infiltración del agua pluvial. Al considerar la estacionalidad en las precipitaciones y en la cobertura vegetal, fue posible identificar diferencias en los factores involucrados en la respuesta lluvia-escurrimiento-concentración y producción de sedimentos. Durante el período de alta cobertura, la I30 sería el principal factor que condicionaría el escurrimiento, y el flujo superficial hortoniano tendría lugar en ese caso. Al mismo tiempo, I30 y el escurrimiento serían los factores que actuarían en el desprendimiento y en el movimiento de los sedimentos en las pendientes. En el período de media a baja cobertura, el flujo superficial no solamente se generaría por el mecanismo de Horton, sino que además tendrían relevancia el los mecanismos de flujo subsuperficial e infiltración desde superficie. Esto estaría asociado a las relaciones registradas entre el escurrimiento y la precipitación, su duración, energía como asimismo a aquella registrada con la reserva de agua en el suelo. La concentración de sólidos suspendidos estaría directamente asociada a la precipitación, dado que la lluvia, I30 y EI30 fueron las únicas variables que mostraron vinculaciones con la concentración de sólidos suspendidos. Además, este análisis permitió diferenciar la variabilidad estacional en las respuestas al escurrimiento y a la producción de sedimentos. Diferencias estacionales en la cobertura, evaporación, precipitación y condiciones de humedad antecedentes controlarían la homogeneidad en dicha respuesta durante el período de media a baja cobertura, y la heterogeneidad en tal sentido en el período de alta cobertura. Con respecto a los tipos de erosión, la erosión laminar o entre surcos sería el proceso más frecuente en la microcuenca, con menor producción de sedimentos. En tanto, la erosión en surcos sería el proceso menos frecuente, pero el responsable de las más altas pérdidas de sedimentos. Así, podría establecerse que las pérdidas más relevantes ocurrirían en una menor proporción de eventos menos frecuentes. Se caracterizaron los cambios en los procesos dominantes a través de la relación entre la producción de sedimentos estimada y el caudal pico. Distintos valores umbral de caudal pico indicarían cambios de erosión laminar a erosión en surcos, y en modificaciones en la intensidad del proceso en surcos. Este último punto podría relacionarse con la pérdida de la capacidad de regulación antes mencionada. En esos casos, habría otros factores con mayor preponderancia en el escurrimiento y la producción de sedimentos, como la masa y la energía del flujo, la formación de caminos preferenciales para el escurrimiento y, vinculado a esto, la conectividad en el paisaje. Así, estos factores contribuirían al cambio en el equilibrio, y además, a la alta pérdida de suelo. Las diferencias más altas entre la producción de sedimentos estimada mediante datos observados y los valores predichos con la ecuación universal de pérdida de suelo modificada, correspondió a los eventos con mayores pérdidas de suelo. Estas diferencias indicarían la complejidad en la respuesta a la producción de sedimentos en esos eventos, y asimismo, las mayores limitaciones de este modelo para predecir la pérdida de suelo en tales situaciones.
Doctor de la Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales