EVALUACIÓN DE LA ERODABILIDAD DE LOS SUELOS TYPIC DYSTRUDEPTS, TYPIC HAPLUDANDS Y ANDIC DYSTRUDEPTS MEDIANTE SIMULADOR DE LLUVIA EN LA MICROCUENCA LA CENTELLA (DAGUA – VALLE DEL CAUCA) ERODIBILITY ASSESSMENT FOR TYPIC DYSTRUDEPTS, TYPIC HAPLUDANDS ANS ANDIC DYSTRUDEPTS BY USING A RAIN SIMULATOR IN THE WATERSHED LA CENTELLA (DAGUA – VALLE DEL CAUCA)

RESUMEN

El suelo en condiciones de pendientes pronunciadas es susceptible a la erosión, proceso que puede afectar su productividad. Dos características que propician la erosión en la microcuenca Centella, ubicada en el municipio de Dagua, son la predominancia de altas pendientes (pendientes superiores al 12% y en algunos sectores mayores al 75%) y de altas precipitaciones (entre 1000 y 2000 mm/año). En este estudio se evaluó el índice de erodabilidad por medio de un simulador de lluvia en la unidad conformada por los suelos Typic Dystrudepts, Typic Hapludands y Andic Dystrudepts, bajo las condiciones de suelo descubierto o desnudo y suelos con cultivo de café (un año de edad) y de fríjol (1 mes de edad). En los resultados generales se encontró que la erosión del suelo desnudo es superior a la presentada en ambos cultivos y la erosión del suelo con cultivo de fríjol es mayor a la erosión con cultivo de café.

PALABRAS CLAVE

Índice de erodabilidad, suelo, simulador de lluvia.

ABSTRACT

The soil in steep slope conditions is susceptible to erosion, process that can affect productivity. Two features that encourage erosion in the watershed « La Centella « located in the municipality of Dagua, are the predominance of steep slopes (slopes greater than 12% and greater than 75%) and high rainfall (between 1000 and 2000 mm / year). During this study we assessed the erodibility index by using a rain simulator of spray nozzles in the unit Typic Dystrudepts, Tipic Hapludands andic Dystrudepts, under bare or naked soil conditions, coffee crop (one year old) and bean crop (1 month old) and erosion of the bean crop is greater than the erosion in the coffee crop.

KEY WORDS

Erodibility index, soil, rain simulator.

1. INTRODUCCIÓN

Actualmente el uso eficiente y eficaz de los recursos naturales, como el agua y el suelo son una prioridad mundial. Las zonas donde la pendiente es pronunciada, como las regiones de ladera son propensas a erosionarse. Los sistemas de riego localizado y las prácticas agroecológicas son algunas de las tecnologías alternativas desarrolladas que actualmente se presentan en pro de la sostenibilidad de los recursos naturales y propenden al control de la erosión del suelo (Carvajal et al., 2012).
A lo largo de muchos años, en la cuenca del Río Dagua se han presentado deslizamientos desencadenados por las fuertes lluvias, producto de eventos climáticos extremos (Lozano, 2000). La zonificación de la susceptibilidad y/o amenaza a la erosión es una herramienta útil y es usada en casi todos los lugares del mundo donde existe propensión a los movimientos de masa (Aguilar y Mendoza, 2002).
La erosión hídrica es un proceso continuo que consiste en la separación de las partículas y agregados de la masa del suelo, su transporte y sedimentación, siendo el agente activo el agua. Inicia cuando las gotas de lluvia golpean terrones y agregados en la superficie de un suelo desnudo, causando el movimiento de las partículas más finas como sedimento en suspensión en el flujo del agua (Rivera, 1999).
La microcuenca La Centella tiene dos características que propician la erosión de los suelos: la primera es que está ubicada en una región montañosa (su relieve corresponde a la Cordillera Occidental de Los Andes, comprende relieves variados, desde ligeramente planos hasta fuertemente escarpados, con pendientes superiores al 12% y en algunos sectores mayores del 75%) y la segunda es que tiene predominancia de eventos de alta precipitación debido a la influencia que recibe de la región del Pacífico, sus precipitaciones promedias son entre 1.000 y 2.000 mm anuales, con distribución bimodal. En efecto, la presencia de una o ambas de las características mencionadas trae como consecuencia que la región sea propensa al desarrollo de cárcavas y movimientos masales, como también baja productividad de los suelos, entre otros problemas. Esta situación es preocupante debido a que la economía de la microcuenca depende en un alto porcentaje de la agricultura, alrededor del 98% de sus familias se dedican a esta actividad (Univalle et al., 2010).
La erodabilidad del suelo es un índice que indica la susceptibilidad a la erosión y depende de las propiedades de cada suelo (FAO, 1997). Este índice puede determinarse bajo lluvia natural por medio de parcelas de escorrentía; sin embargo, por la dificultad de establecer las parcelas por largos periodos de tiempo para su estudio (mínimo entre 3 a 5 años, según Hincapié-Gómez ( 2011) y los grandes costos que esto equivaldría, los simuladores de lluvia y modelos matemáticos se han estado implementando como una alternativa para el estudio y determinación de la erosión.
Por medio de un modelo matemático basado en la aplicación de los procesos que intervienen en la erosión, Wischmeier y Smith (1978) desarrollaron la ecuación de la USLE (Universal Soil Loss Equation), que considera el factor K, el cual permite conocer la susceptibilidad de los suelos al desprendimiento de macroagregados, microagregados y partículas, por efecto de los agentes erosivos (Rubiano, 2010).
Este trabajo consistió en determinar el factor K del suelo con la ecuación de la USLE, para las tres coberturas: suelo desnudo, cultivo de fríjol y cultivo de café; para su cálculo se partió de la determinación de la pérdida de suelo con un simulador de lluvia calibrado para una intensidad media de 111,8 mm/h.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

La microcuenca La Centella está localizada en el occidente del departamento del Valle del Cauca y drena al río Dagua. Se extiende sobre los municipios de Dagua y La Cumbre. Su red de drenaje principal está conformada por tres quebradas Centella, Aguas Calientes y La Virgen (Figura 1). La finca seleccionada para la investigación fue El Brillante, ubicada en la vereda La Centella, entre las quebaradas Centella y Aguas Calientes, en las siguientes coordenadas: W 76° 37' 52,2'’ N 3° 37' 5'’ y a una altura de 1.530 m.s.n.m.

Figura 1. Localización general de la microcuenca La Centella.
Fuente: Univalle, Usb & Biotec (2010)

La erodabilidad se determinó bajo lluvia simulada, en un suelo representativo de la unidad conformada por los suelos Typic Dystrudepts con una participación del 60%, Typic Hapludands con 30%; como inclusión de suelos Andic Dystrudepts en 10%, y bajo tres condiciones según el tipo de cobertura: sin cobertura (suelo descubierto o desnudo), cultivo de fríjol (1 mes de edad) y cultivo de café (un año de edad). Las pendientes del terreno evaluadas son del 22% para ambos cultivos y del 48% para el suelo descubierto.
El simulador de lluvia utilizado fué desarrollado por la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca (CVC), (Lozano, 2000). Para el funcionamiento del simulador se utilizó una motobomba centrífuga IHM 15 AQ, 3,5 HP. Las boquillas del simulador fueron de referencia “Lurmark azul FCX03”, sus características favorecen la uniformidad en la aplicación del agua en cada una de ellas, con el fin de tener un área de humedecimiento homogénea.
La calibración realizada al simulador permitió determinar la intensidad y la energía cinética de la lluvia simulada,
el diámetro y la velocidad de las gotas, según la metodología descrita por Alarcón (2013)
.
Caracterización del suelo

Las pruebas que se realizaron en los diferentes tratamientos fueron: el contenido de materia orgánica (utilizando el método de Walkley y Black (1934)), el pH (según el método descrito por Soil Survey Laboratory -SSL (1996)), la clase textural (el método del hidrómetro propuesto por Bouyoucos)- los anteriores métodos han sido citados y descritos por Jaramillo ( 2001)), el diámetro geométrico medio (DGM), el diámetro promedio ponderado (DPM) y el coeficiente de dispersión.

Diseño experimental

Se delimitaron dos parcelas dentro del área que cubre el simulador de lluvia; en la Figura 2 se muestra la distribución del equipo, las parcelas de escurrimiento y sus dimensiones.

Un mes antes de iniciar el registro de datos se abonó cada parcela con lombricompost elaborado en la zona, aplicado 11 ton/ha, dosis promedia utilizada por los agricultores de la zona. El contenido de materia orgánica del lombricompuesto es de 23,32% y pH de 7,79 de pH.

El trabajo se realizó en un área total de simulación de 5,76 m2, dentro de la cual se adecuaron dos parcelas de escurrimiento, cada una de 0,845 m2 de área. La Figura 3 representa la región que cubre el simulador y la distribución de traslape de las boquillas. Se realizaron cinco simulaciones en intervalos de cinco minutos para determinar el peso de las pérdidas de suelo por escorrentía de cada tratamiento.

La intensidad de lluvia trabajada fué de 111,8 mm/h, bajo una presión de trabajo de 15 PSI. Ésta presión correspondió al mejor funcionamiento del simulador, su coeficiente de uniformidad (CU) fue el valor más alto de las pruebas realizadas (Alarcón, 2013); la intensidad bajo dicha presión fue erosiva (111,8 mm/h), con periodo de retorno en la zona de 20 años en un tiempo de 10 minutos, según las curvas IFD que fueron tomadas de los datos de la Estación Restrepo, con un periodo común de registro de 1986 a 2006 (Lozano, 2000).
Se realizó la prueba con “bolitas de harina” para determinar el diámetro de la gota, bajo la presión de 15 PSI se determinó que el diámetro medio de la gota, se encuentra entre 0,4 -0,7 mm. La velocidad inicial y final de las gotas de lluvia en promedio alcanzan valores de 2,8 y 10,2 m/s.

Figura 2: Distribución del área bajo el simulador de lluvia en las parcelas de escorrentía

La energía cinética de las gotas de lluvia para diámetro de gota de 0,7 mm es de 4 k/(mm-m2), para un diámetro de gota de 2 mm es de 28,8 k/(mm-m2).

Análisis estadístico

Los datos se analizaron según el uso de suelo, por medio del programa Minitab_15. Los análisis estadísticos se realizaron con una significancia del 5%; se realizó la comprobación de supuestos de normalidad (por medio

Figura 3. Representación del área de simulación y parcelas de escurrimiento.

del test Anderson Darling) y varianza (por medio del valor P de Levene), en caso de que los datos no cumplieran los supuestos, se aplicó la prueba no paramétrica, específicamente el Test de Kruskal Wallis. Adicionalmente se aplicó la función de t-student entre los experimentos, para estimar diferencias mínimas significativas.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las propiedades generales del suelo se presentan en el siguiente Tabla 1.
Para la determinación de los volúmenes de escorrentía y sedimentos totales se inició cada prueba sobre el

Tabla 1. Caracterización fisicoquímica de suelo representativo de la asociación

suelo saturado, debido a que el equipo bajo la presión de trabajo generó un diámetro de gota demasiado pequeño, y, además, en el suelo predomina la textura arenosa, teniendo como referencia que bajo estas condiciones no se genera erosión ni escurrimiento superficial en humedades de suelo menores al estado de saturación. Por lo tanto, no se presentaron pérdidas de suelo por salpicadura durante las simulaciones.

El peso promedio de las pérdidas de suelo por escorrentía (PSE) de cada tratamiento se muestra en la Tabla 2 en rangos de 5 min de tiempo de simulación por tratamiento.

En la Tabla 2 se puede observar que el suelo desnudo, es el que mayor pérdida de suelo presenta, lo cual es consecuencia de la alta pendiente (46%) y la falta de material vegetal que lo proteja, dado que el suelo se encontraba totalmente descubierto, dejándolo más susceptible a procesos erosivos.
Teniendo como referencia los valores promedios de las pérdidas de suelo de los cultivos de café y fríjol, se puede observar que la pérdida en el cultivo de fríjol es mayor en relación a la pérdida en el cultivo de café; esto se puede presentar dado que, en la edad en la que se realizó la prueba al cultivo de café (1 año) el dosel cubre mayor área que la que cubre el cultivo de fríjol a la edad de un mes y como consecuencia el impacto de la gota de lluvia sobre el suelo es menor.
Anteriores estudios realizados en la zona han registrado pérdidas de entre 30 y 440 kg/ha; éstos valores fueron determinados en pruebas realizadas en laboratorio con una boquilla de 155 mm/h de intensidad, durante periodos de 50 min (Rubiano, 2010).

Comparación de medias a partir de la prueba T-Student

La prueba T-Student se realizó para los tres tratamientos, realizando comparaciones de las Diferencias Mínimas Significativas (DMS) entre los rangos de tiempo de 5 minutos y entre el total de los datos (25 minutos) de los tres tratamientos (suelo desnudo, cultivo de café y cultivo de fríjol).

Los resultados de DMS para una probabilidad del 99%, correspondientes a los valores de pérdida de suelo durante cada cinco minutos entre tratamientos, presen-
tan diferencias altamente significativas (AS),. Es decir, existen diferencias entre los valores de pérdida de suelo de cada rango de tiempo de cinco minutos entre los tres tratamientos (suelo desnudo, cultivo de café y fríjol).

Los resultados muestran que con una probabilidad del 99%, las diferencias de pérdida de suelo durante 25 minutos de simulación entre los tres tratamientos son altamente significativas (AS); por lo tanto existen diferencias entre la pérdida de suelo por erosión hídrica del suelo desnudo y la pérdida de suelo en el cultivo del café y del fríjol.

Índice de erodabilidad K de la ecuación Universal de pérdida de suelo

Para determinar el índice de erodabilidad K se utilizaron las ecuaciones de la USLE, descritas por Lozano (2000) y Rubiano, (2010), los valores del factor topográfico LS, utilizado en pendientes uniformes mayores al 20% (S) y longitudes de ladera () menores a 350 m. Los resultados se presentan en la Tabla 5.

Tabla 2. Promedios de pérdida de suelo por escorrentía superficial

Tabla 3. Diferencias mínimas significativas de las pérdidas de suelo entre los tres usos de suelo, con lluvias de duración entre 5 y 25 minutos

*AS: Altamente significativo <= 0,01

Tabla 4. Diferencias mínimas significativas en las pérdidas de suelo durante 25 minutos de lluvia simulada

*AS: Altamente significativo <= 0,01

Tabla 5. Índice de erodabilidad de los tres tratamiento

En la Tabla 5 se puede observar que el maximo índice de erodabilidad corresponde al suelo desnudo, e incluso, éste es el tratamiento con menor coeficiente de variación (5,14%) (a pesar de ser el tratamiento que representa las mayores pérdidas de suelo). Esto permite concluir que éste es el tratamiento con la media del índice más representativa, debido a que el valor del coeficiente de variación representa el bajo grado de variabilidad de la desviación estándar.
Contrario al valor del índice K correspondiente al tratamiento de suelo desnudo, los tratamientos del cultivo de café y de fríjol tienen un coeficiente de variación alrededor del 21%, dicho porcentaje puede ser considerado como alto, lo cual indica que la media tiene un amplio rango de movimiento, éste coeficiente refleja que la media sea poco representativa.

El valor del índice de erodabilidad K, corresponde al suelo desnudo que presenta el valor más alto, como consecuencia de la pendiente y los usos de suelo analizados.
Antes de iniciar las pruebas se suministró al suelo 2 kg de lombricompost en las parcelas, que corresponde a 114,6 kg/ha, teniendo en cuenta que cuando la materia orgánica entra en contacto y se mezcla con el suelo, se ve favorecida la macroagregación por la presencia de carbohidratos, en primera instancia, como también la formación de posibles enlaces fisicoquímicos que dan lugar a complejos arcillo-húmicos, macroagregados y uniones de éstos, para finalmente generar un suelo mejor estructurado en el tiempo (Rubiano, 2010). Por lo anterior, se espera que mejore la infiltración del suelo, disminuya el flujo de escorrentía y dificulte el desprendimiento de las partículas de suelo por el impacto de las gotas de lluvia sobre el suelo. Sin embargo, en este estudio se encontró que los valores correspondientes al índice K son mayores a los encontrados en estudios previos, a pesar que la pendiente con la cual se trabajó esta investigación es menor a las pendientes utilizadas en investigaciones realizadas previamente en la zona por Lozano (2001) y Rubiano (2010).
Rubiano (2010) encontró que para suelo desnudo, con pendientes del 50, 60 y 70% y bajo diferentes cantidades de compost suministrados (entre 0 y 6 ton/ha), los valores para el índice de erodabilidad oscilaban entre 0,000024 y 0,000128 T ha h/MJ mm ha. Este mismo autor concluyó en su estudio que a mayor pendiente, mayor es el efecto del compost en la disminución de la erodabilidad.
Según lo anterior se puede esperar que otro factor esté influyendo sobre el valor del índice de erodabilidad determinado en este estudio, debido a que, según las condiciones, se esperaría que el valor de esta investigación fuera menor que el determinado por Rubiano (2010), dado que se le suministró una mayor cantidad de compost y la pendiente donde se instaló el equipo era menor en referencia al estudio mencionado. Lozano (2001) encontró valores para el factor de erodabilidad similares a los encontrados por Rubiano (2010), los cuales oscilan entre 0,0000183 y 0,000129 T ha h/MJ mm ha,( los datos se tomaron en suelo desnudo).
Un estudio realizado por Lago (1981) en un suelo podzol en Brazil, determinó K igual a 0,022 T ha h/MJ mm ha, un valor muy alto comparado con los determinados en los estudios realizados en la zona de la microcuenca Centella, con condiciones climáticas similares; sin embargo, si se tiene en cuenta que los suelos podzol son suelos de clima frío y húmedo, con tendencia a altas precipitaciones en la zona, se podría esperar que el valor de K sea tan alto como el reportado.

4. CONCLUSIONES

. Los factores de erodabilidad K determinados, para los tres suelos representativos de la microcuenca La Centella, municipio de Dagua – Valle del Cauca, es de 0,003254 T ha h/MJ mm ha en suelo desnudo, 0,001745 T ha h/MJ mm ha en cultivo de café y 0,00212 T ha h/MJ mm ha en cultivo de fríjol, con un coeficiente de variación de 5,14, 21,43 y 20,97% respectivamente.

. Las pérdidas de suelo por escorrentía fueron de entre 11 y 12,4 kg/ha para el tratamiento en suelo desnudo, entre 1,4 y 2,4 kg/ha para el cultivo de café y entre 1,9 y 3,1 kg/ha para el cultivo de fríjol, en una pendiente de 46% en suelo desnudo y 22% para el cultivo de café y fríjol.

. La susceptibilidad a la erosión de la microcuenca es alta dado que es una región con altas pendientes y precipitaciones intensas con periodo de retorno cortos. Para este tipo de regiones se recomienda realizar una labranza reducida o cero, utilizar abonos verdes, contar con drenaje superficial, utilizar barreras vivas, sembrar en contorno, contar con diques para el control de cárcavas, riego localizado, senderos para ganado, entre otros, con el fin de propender por la conservación y prevención de la erosión del suelo.

. De acuerdo al factor K determinado para el suelo desnudo, con cultivo de café y con cultivo de fríjol, se concluye que el suelo desnudo es el que puede presentar más susceptibilidad a ser erosionado hídricamente, por lo tanto en suelos desnudos con pendientes pronunciadas requiere mayores y mejores intervenciones y prácticas agrícolas que propendan por su conservación.
. Se sugiere realizar en futuras investigaciones más pruebas en campo para determinar la pérdida de suelo en el cultivo de café y fríjol, y con ello calcular el valor del índice de erodabilidad K para dichos cultivos, a partir de la fórmula de la USLE.

5. AGRADECIMIENTOS

. Al programa de Formación Nacional de Investigadores “Generación del Bicentenario” Jovenes Investigadores, Convocatoria 525 del año 2011 de COLCIENCIAS

. Al grupo de Investigación en Ingeniería de Recursos hídricos y Suelos, IREHISA, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle, Cali.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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