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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE RIO CUARTO FACULTAD DE AGRONOMÍA Y VETERINARIA INGENIERIA AGRONÓMICA CURSO: USO Y MANEJO DE SUELOS (CODIGO 2028) MANEJO DE LA CONDICION FISICA DE LOS SUELOS: MANEJO DEL AGUA Documento de apoyo didáctico para el curso Uso y Manejo de Suelos (Código 2028) Autores: Ing. Agr. Msc José M. Cisneros Ing. Agr. Msc. Alberto Cantero Gutiérrez Ing. Agr. Msc Carmen G. Cholaky Ing. Agr. Msc Miguel Reynero Lic. Msc Jorge G. González Agosto de 2004 1
  • 2. INDICE 1. INTRODUCCIÓN ______________________________________________ 3 2. EL MANEJO DEL AGUA EN LAS CUENCAS AGRÍCOLAS _________________ 6 2.1. Modelo conceptual de manejo del agua _________________________ 6 2.2. Las fuentes de agua para la producción _________________________ 7 2.2.1. Precipitaciones _________________________________________ 7 2.2.2. Fuentes subterráneas, ascenso capilar de la napa ______________ 9 2.2.3. Fuentes por aportes superficiales __________________________ 12 2.3. Las pérdidas de agua ______________________________________ 13 2.3.1. Interceptación o intercepción _____________________________ 13 2.3.2. Escurrimiento superficial _________________________________ 15 Figura 14: Hidrograma de una creciente antes y después de pasar por un macroembalse regulador de escurrimientos _______________________ 29 2.3.3. Evaporación___________________________________________ 30 2.3.4. Percolación ___________________________________________ 32 2.3.5. Transpiración__________________________________________ 34 2.4. El subsistema ALMACENAJE _________________________________ 35 2.5. El subsistema UTILIZACIÓN _________________________________ 35 2.6. Los subsistemas PRODUCCION TOTAL y PRODUCCION COMERCIAL __ 37 Lectura complementaria________________________________________ 38 2
  • 3. 1. INTRODUCCIÓN El manejo de la economía del agua es uno de los aspectos primordiales de atender en la agronomía de nuestro país en general y en esta región central de transición climática entre ambientes sub-húmedos y semiáridos en particular, en diferentes contextos geográficos y socioeconómicos. El agua es el recurso básico, no sólo para la producción agropecuaria, sino también para las posibilidades de desarrollo comunitario, ya que involucra aspectos como provisión de agua potable en cantidad y calidad, provisión de agua para uso industrial, para recreación basada en el agua, etc. El manejo integrado del agua se constituye así en uno de los ejes del Desarrollo Sustentable, ya que es uno de los principales recursos naturales en los que se cimentan las posibilidades de progreso de las comunidades, por otra parte es el elemento más dinámico y su uso incorrecto puede generar graves problemas de degradación ambiental. Una característica de la región centro-sur de Córdoba es la irregularidad en la distribución y cantidad de de las precipitaciones anuales y la ocurrencia de lluvias de alta intensidad; todo dentro un balance hidrológico deficitario. Esto se traduce en una gran variabilidad entre períodos de exceso y déficit, con ocurrencia de épocas de sequías estacionales y ocasionales de gran impacto en la producción y economía agropecuaria y en la erosión hídrica. . Por esta razón el manejo, conservación, aprovechamiento y control de la degradación del recurso hídrico es un factor estratégico para el desarrollo regional. En la región, el manejo del agua involucra diferentes procesos biológicos, hidrológicos, tecnológicos y ambientales, en las diferentes escalas temporales y espaciales: a. Régimen torrencial en cuencas de montaña: el manejo del agua en estos ambientes naturales o seminaturales implica el ordenamiento hidrológico y el manejo productivo de pastizales naturales y bosques, la preservación de “humedales” y control de erosión hídrica en surcos barrancas y por deslizamientos en masa, la producción de agua en cantidad y calidad para el consumo humano e industrial de la región, control del régimen de los arroyos y ríos, retención-regulación de caudales y control de crecientes, preservación del paisaje y ambiente, el uso turístico del agua, el desarrollo de la piscicultura, etc. b. Manejo del agua en cuencas agrícolas: Implica consideraciones sobre conservación, manejo y uso eficiente del agua, control de las pérdidas de agua y suelos (erosión hídrica), conservación del agua en ambientes áridos y semiáridos, uso de aguas subterráneas y superficiales para riego. El curso de Manejo de Suelos enfatiza este conjunto de procesos. 3
  • 4. c. Control de inundaciones: Uno de los aspectos ambientales vinculados al manejo del agua es el control y prevención de los fenómenos de anegamiento e inundación de tierras, como consecuencia de la vinculación hidrológica entre cuencas altas y bajas, además de ocurrencia de muy altas precipitaciones ocasionales. Implica trabajar en una escala de percepción regional, además y local, para poder abordar integralmente el ordenamiento de cuencas mal drenadas. d. Riego y drenaje: El manejo del agua en sistemas bajo riego exige un alto nivel de precisión y ajuste de variables se suelo y cultivo que permitan optimizar sistemas con alto grado de artificialización y costos de implementación. Involucra además desarrollar un completo sistema de gestión y administración del recurso hídrico sea de cursos superficiales o de acuíferos subterráneos, con aspectos legislativos, políticos y técnicos que consideren la economía y régimen de recarga y no contaminación y uso integral del recursos, en especial en aquellas regiones donde el riego es el recurso básico para la producción. e. Control de la degradación de los recursos hídricos: Los principales procesos de degradación del recurso hídrico son: 1. contaminación de cursos superficiales (ríos, arroyos y canales) con pesticidas, nutrientes, sedimentos, sales y contaminantes biológicos (efluentes cloacales); 2. contaminación de fuentes subterráneas con metales pesados, NO3, NO2, compuestos orgánicos de difícil biodegradación, organismos microbiológicos patógenos, etc.; pérdida de régimen de los ríos y arroyos por erosión- sedimentación; 3. pérdida de capacidad reguladora y eutrofización de lagos y lagunas por efecto del rellenado con sedimentos, aporte de nutrientes y compuestos químicos. En la Figura 1 se indican las relaciones causales entre los procesos hidrológicos y de degradación de los recursos hídricos. Las escales temporales de análisis varían desde minutos u horas, como en una precipitación, en la que intervienen factores como la intensidad, cobertura del suelo, infiltración, etc. En la escala de meses está involucrado el ciclo de un cultivo, y las necesidades de acumulación previa del agua en el suelo, los déficit estacionales y ocasionales, el control de la evaporación, etc. La escala de una serie de años es necesaria para analizar ordenamiento de cuencas hídricas, las inundaciones, que responden a procesos de acumulación de mayor plazo, o la contaminación y sedimentación de depresiones, que operan en escalas de tiempo mayores aun. Períodos más largos aún, son necesarios para visualizar los ciclos climáticos húmedos y 4
  • 5. secos, que se explican por fenómenos globales como el calentamiento global del planeta. EROSION DE EROSION DE SEDIMENTACION DE SEDIMENTACION DE TIERRAS TIERRAS TIERRAS PERDIDA DE AGUA TIERRAS PERDIDA DE AGUA AGRÍCOLA AGRÍCOLA EROSION DE EROSION DE SEDIMENTACION DE SEDIMENTACION DE CAUCES CAUCES CAUCES CAUCES DESREGULACION DEL DESREGULACION DEL REGIMEN DE CUENCAS REGIMEN DE CUENCAS INUNDACION DE INUNDACION DE SEDIMENTACION DE SEDIMENTACION DE TIERRAS TIERRAS DEPRESIONES DEPRESIONES CONTAMINACION SALINA ANEGAMIENTO DE ANEGAMIENTO DE CONTAMINACION SALINA DE LAGUNAS, CANALES Y TIERRAS TIERRAS DE LAGUNAS, CANALES Y FREÁTICAS FREÁTICAS CONTAMINACION QUIMICA DE CONTAMINACION QUIMICA DE FREATICAS Y CURSOS FREATICAS Y CURSOS Figura 1: Relaciones causales entre los procesos hidrológicos que ocurren en las cuencas del centro argentino En cuanto a las escalas espaciales, el manejo del agua se puede analizar a nivel de unidad de tierra o fitósfera, que, con el perfil de suelo correspondiente, es la mínima unidad de análisis para el manejo. En escala mayor la cuenca hidrográfica elemental es la unidad básica para el ordenamiento de las aguas, al involucrar los fenómenos de escurrimiento y erosión. Estas cuencas se van integrando en unidades mayores que son drenadas por cursos de agua, primero temporarios, luego permanentes tanto en subcuencas de montaña, como de llanuras, hasta llegar a las cuencas bajas, o de derrame de los cursos superficiales. Las escalas espaciales de mayor complejidad son las cuencas que involucran varios territorios provinciales o hasta nacionales, como son los casos de la cuenca del río Salado santafesino, o la cuenca del río de la Plata, respectivamente. En la Tabla 1 se sintetizan las diferentes escalas temporales y espaciales y los procesos correspondientes en el manejo del agua. 5
  • 6. Tabla 1: Procesos involucrados en el manejo del agua y su escala espacial y temporal cualitativa Tipo de proceso Escala espacial Escala temporal Cambio climático Global Cientos de años (sequías/excesos) Grandes Subcontinental (grandes Cientos de años Inundaciones (Ríos cuencas continentales, Paraná, Uruguay) millones de has) Inundaciones Grandes cuencas Decenas de años regionales (Sur de regionales (cientos-miles Córdoba, Santa Fe) de hectáreas) Erosión hídrica Cuencas medias y Decenas de años pequeñas Torrencialidad Cuencas serranas Decenas de años y series de años, fenómenos puntuales Pérdida de agua Cuencas agrícolas, lotes Meses, fenómenos puntuales agrícola Riego por surcos y Lotes Días, semanas aspersión Riego por goteo Planta, surco Días 2. EL MANEJO DEL AGUA EN LAS CUENCAS AGRÍCOLAS 2.1. Modelo conceptual de manejo del agua El objetivo central del manejo del agua del suelo en las cuencas agrícolas es optimizar su participación en la producción de los cultivos, tanto en lo que se refiere al incremento como a la estabilización de los rendimientos, en un contexto de sustentabilidad, es decir de una permanente mejora en la capacidad productiva de las tierras. En tal sentido, al seleccionar o diseñar las técnicas específicas de manejo del agua, se deben tener en consideración al conjunto de factores involucrados del clima, del manejo del suelo y cultivo y manejo, con una visión espacial y temporal adecuada. Implica dar respuestas técnicas a situaciones contrastantes, por ejemplo en Aridisoles de Río Negro, en Haplustoles énticos de Río Cuarto, en Argiudoles vérticos de Ramallo ó típicos de Marcos Juárez, para diferentes sistemas de producción, desde agrícolas puros, a sistemas extensivos de árboles o pastizales naturales. Con el manejo del agua se está interviniendo dentro un continuo suelo- planta-atmósfera, que en una primera aproximación puede esquematizarse en base a grandes variables de síntesis (Figura 2): Los cuadrados indican variables de estado, es decir variables que representan volúmenes, pesos o grados de disponibilidad de una variable. 6
  • 7. Ejemplo de ellas son la lluvia anual total, el agua acumulada en el perfil, el rendimiento total en granos, etc. Los símbolos con llave representan variables de flujo, y se pueden representar a través de medidas de velocidad de flujo de agua entre las distintas variables de estado. Estas variables regulan el nivel de “llenado” de las variables de estado. Ejemplos de ello son la infiltración del agua, la velocidad de evaporación, la tasa de absorción de agua, el índice de cosecha, etc. Las variables auxiliares permiten entender las relaciones causales ente los diferentes procesos y los factores que las gobiernan. Cada uno de los componentes de este sistema puede considerarse a su vez, como un subsistema, compuesto por las variables auxiliares enumeradas a la derecha. El diagrama además de la visión de conjunto, permite el desarrollo de una metodología de acción, al aplicarlo a situaciones concretas. La interpretación de relaciones entre las variables de cada subsistema, también permite seleccionar aquellas que tengan una mayor jerarquía de condicionamiento sobre las que la intervención técnica será más efectiva, por ello debería usarse no sólo como un esquema de análisis, sino de jerarquización de variables y de síntesis que implique una correcta salida tecnológica. Se discuten a continuación las principales características de los sub-sistemas. 2.2. Las fuentes de agua para la producción 2.2.1. Precipitaciones Las precipitaciones constituyen la principal fuente de agua en todos los sistemas de secano. De acuerdo a sus características pueden establecerse relaciones con los subsistemas pérdidas y almacenaje, y por lo tanto, con el resto. Las principales interacciones se dan entre: a. DISTRIBUCION-EVAPORACION REAL: Define el balance hídrico del suelo. Se pueden definir grandes regimenes climáticos como el monzónico, en el cual los períodos de precipitaciones y de máxima evaporación coinciden, como el caso regional. b. DISTRIBUCION-ESCORRENTIA: En relación a épocas de ocurrencia y estado del suelo, representa los períodos críticos en cuanto a peligro de erosión cuando la concentración de lluvias coincide con períodos de preparación del suelo, cosecha y arrancado de maní, etc. c. INTENSIDAD-ESCORRENTIA: Las altas intensidades de lluvia que superan la infiltración del suelo, con leves pendientes del terreno generan escorrentías y posible erosión hídrica, también determinan la energía cinética que se disipa al golpear las gotas con la superficie del suelo, y es responsable de los fenómenos de encostramiento superficial. 7
  • 8. -PRECIPITACIONES FUENTES DE AGUA -APORTES SUPERFICIALES FUENTES DE AGUA -APORTES SUBTERRÁNEOS -RIEGO -ESCORRENTIA -PERCOLACION PERDIDAS PERDIDAS -EVAPORACION -TRANSPIRACION -INTERCEPTACION - PROFUNDIDAD SUELO - GRANULOMETRIA ALMACENAJE ALMACENAJE -AGREGACION -VOLUMEN EXPLORADO -Densidad Longitud Raíces UTILIZACION UTILIZACION -VELOCIDAD DE FLUJO -DIF. POT. SUELO-RAIZ -CO2, RADIACION -TEMP, OXIG. PRODUCCION TOTAL PRODUCCION TOTAL -NUTRIENTES -MANEJO DEL CULTIVO EUA -MEJORA GENETICA EUA INDICE DE COSECHA -ANTITRANSPIRANTES INDICE DE COSECHA -EFICIENCIA DE COSECHA PRODUCCION PRODUCCION -CALIDAD DE PRODUCTO COMERCIAL COMERCIAL -CONSERVACION Figura 2: Esquema conceptual de la economía del agua en el suelo d. FRECUENCIA-INTERCEPCION: Una mayor frecuencia de lluvias (muchas lluvias de pocos mm) implican una mayor proporción de lluvia perdida por interceptación. e. CANTIDAD DE LLUVIA/FRECUENCIA-PERCOLACION: A mayor cantidad de agua llovida por evento y menor frecuencia (menos lluvias de más 8
  • 9. milimetraje), es mayor la cantidad de agua infiltrada en profundidad del suelo, para una baja capacidad de retención de agua por el suelo puede haber pérdidas por percolación. f. FRECUENCIA-EVAPORACION : A mayor número de lluvias de escasa cantidad de milímetros, mayor es la proporción de la misma evaporada desde la superficie del suelo y transpirada por malezas. Esto es importante en suelos con alta capacidad de retención hídrica, en períodos donde el suelo recuperando condiciones de productividad y almacenando agua (“barbecho”)... 2.2.2. Fuentes subterráneas, ascenso capilar de la napa Extensas áreas, en especial en las planicies con deficiente drenaje la región central argentina, presentan proximidad de la napa freática con la superficie del suelo, la cual puede constituir una fuente de agua en el perfil para usar por los cultivos y vegetación natural, complementando a las precipitaciones. Por encima del agua libre o capa freática existe una zona de humedecimiento por el ascenso capilar desde la napa y por la percolación de las agua de lluvia a esa profundidad., que es capaz de proveer de agua a los cultivos. El espesor de esta franja capilar es mayor para los suelos francos y franco limosos. La efectividad de las capas freáticas como fuente directa de agua para los cultivos se relaciona con una serie de factores topográficos, geoquímicos y de los genotipos utilizados, y son: Salinidad de la napa: la disponibilidad efectiva del agua de la napa se relaciona con un grado bajo de salinidad, ya que la concentración de sales de la napa gobierna la de la franja capilar suprayacente. Napas con una salinidad superior a 10 dS/m se consideran poco efectivas como fuente de agua. Profundidad de la napa: La profundidad de la napa debe ser tal que permita un ascenso de la franja capilar hasta la zona de crecimiento de las raíces (función del tipo de cultivo y condiciones del perfil que permitan un enraizamiento profundo) Por otra parte la profundidad de la napa debe estar por debajo de la profundidad crítica, es decir aquella profundidad que no tenga vinculación capilar con la superficie y por tanto no produzca salinización de la misma, ya que si esto ocurre, el suelo estará sujeto a degradación por sales, y no permite cultivos agrícolas. Profundidad del sistema de raíces: La napa se constituye en una fuente en estadíos avanzados del cultivo, y para sistemas de raíces profundas. Algunas experiencias regionales en soja muestran diferenciales de rendimiento importantes, cuando los cultivos alcanzaban la napa, por ejemplo rendimientos superiores a 5.000 Kg/ha en estas condiciones, contra menos de 1200 Kg/ha en lomas donde el sistema de raíces de los cultivos quedan fuera del alcance del ascenso capilar desde la napa (Figura 3 y 4). 9
  • 10. 0 Ago Ago Set Oct Oct Nov Dic Dic Ene Feb Feb Mar Abr Abr May Jun Jun Jul Ago -50 1º 20 10 1º 20 10 1º 20 10 1º 20 10 1º 20 10 1º 20 10 1º -100 Siembra R1 R5 R7 24/10 14/12 28/1 10/3 -150 -200 -250 -300 -350 -400 Au x Norte (8 q/ha) M. Lom a 02/03 Au x Sur (60 q/ha) Figura 3: Oscilación de la napa freática para tres posiciones topográficas correspondientes al mapa de rendimientos de la Figura 4. En la Figura 3 se observa que la posición de bajo tuvo un comportamiento ideal, en cuanto a la provisión de agua por la napa. Obsérvese que estuvo siempre por debajo del nivel crítico (aproximadamente 80 cm), pero durante todo el ciclo a una profundidad de fácil acceso por las raíces. Las posiciones de media loma y especialmente la de loma, tuvieron menor oportunidad de proveer agua al cultivo, como se observa en el mapa de rendimiento.. La optimización de esta forma de aprovechamiento exige una cuidadosa evaluación del sitio, a fin de establecer el carácter de la napa, de su ritmo de oscilación estacional y anual, y de su contenido en sales. Otros requisitos son la elección de especies con sistemas de raíces que puedan llegar a la napa y la eliminación de impedancias mecánicas del perfil del suelo. 10
  • 11. Rendimiento (qq/ha) Propietario: Edgardo Martini Mas de 52 Grano: Soja Híbrido/Variedad: DM 4800 44 a 52 Campaña: 2001/2002 36 a 44 Campo: Santa Catalina 28 a 36 Lote: 7 20 a 28 Superficie: 31 Has. 12 a 20 Rinde promedio: 3.995 Kg/ha Men os de 12 Humedad promedio: 14,8 % Figura 4: Mapa de rendimientos correspondiente a un lote con influencia de la napa freática en proximidades de la localidad de Jovita (Fuente: E. Martini) En el esquema de la Figura 5 se indican las diferentes situaciones posibles de encontrar en una toposecuencia de suelos afectados por la napa freática. 11
  • 12. NIVEL DEL TERRENO NF NIVEL FREATICO NF > 250 cm NF = 100 a 250 cm NF = 0 a 100 cm NF > 0 cm ZONA SIN POSIBLE ZONA DE POSIBLE ZONA DE PELIGRO ZONA DE LAGUNAS APROVECHAMIENTO APROVECHAMIENTO DE SALINIZACIÓN O PERMANENTES O POR CULTIVOS POR CULTIVOS ANEGAMIENTO TEMPORARIAS DEBAJO DEL NIVEL DEBAJO DEL NIVEL TEMPORARIO CRITICO CRITICO NIVEL CRÍTICO Figura 5: Esquema de una toposecuencia con localización de sectores según la profundidad del nivel freático 2.2.3. Fuentes por aportes superficiales Implica la transferencia de agua por escorrentía superficial y mantiforme desde un área para ser utilizada en otra. Es una práctica ya conocida en la edad de bronce, que permitió el desarrollo de civilizaciones agrícolas estables de regiones con 100 mm. de precipitaciones anuales. Existen testimonios en Neguev (Israel) y también en algunas culturas de la puna jujeña y otros lugares del NOA. Luego de 1950 recomenzó el desarrollo en el oeste de Australia, norte de África, Pakistán; con el objetivo de obtener agua para el consumo humano y animal, en menor medida para producción agrícola (caso actual de las regiones áridas y semiáridas de Argentina, “tajamares”). El fundamento de la técnica es provocar el flujo mantiforme y controlado. Se elimina la vegetación, uniformiza y suaviza las pendientes, disminuye la porosidad superficial por compactación o sellado de los poros por tratamientos químicos (sales de sodio, siliconas, bentonita, etc.) con lo que puede conseguirse una duración efectiva para el funcionamiento de hasta 5 años. También se han realizado coberturas del suelo con películas plásticas recubiertas con piedras con duración mayores (20 años). Las áreas de aporte se integran con las de recepción por sistematizaciones ó tuberías siendo el aspecto crítico de todo el sistema, la necesidad de controlar la erosión de las áreas de transporte de agua, y la sedimentación de los lugares de recepción- acumulación del agua. Es una técnica de producción agrícola-ganadera utilizada en regiones áridas ó semiáridas del país donde la producción ganadera está más delimitada por falta de agua para el consumo animal que por la faltas de alimentos (regiones de Santiago del Estero, Chaco Salteño, NO de Córdoba, Sierra de Comechigones, San Luis, La Pampa y demás provincias patagónicas). Otro ejemplo de utilización de escorrentías para provisión de agua para bebida son los jagueles utilizados en áreas con aguas subterráneas muy salinas o de altas concentraciones de arsénico y fluor. Esta técnica consiste en 12
  • 13. recolectar el agua de los caminos y derivarla a represas, de manera de producir una dilución del contenido salino de la freática. Luego se colocan “chupadores” a diferentes profundidades de la represa para ir tomando agua con diferente nivel de dilución, según las recargas que ocurran. También se ha desarrollado el método de provocar escorrentías controladas en fajas, para beneficiar fajas de otros cultivos intercalados (fajas a nivel). Utilizables en terrenos con pendientes, y sistemas de producción con secuencias anuales de ocupación de la tierra por el cultivo. Otra variante de estos aportes superficiales, se ha desarrollado en Junín de los Andes por la agencia INTA, donde se combinan aportes de escorrentías de las laderas a las mesetas con bifurcaciones sucesivas de tomas libres de agua de cursos permanentes, que derivados por canales de muy bajas pendientes, tiene una infiltración hasta estratos impermeables de material arcilloso, sobre los que comienzan de tener una circulación según gradientes hidráulicos, creando un sistema similar al riego subterráneo. 2.3. Las pérdidas de agua Para la producción agropecuaria el agua perdida es aquella que no entra al suelo, no es absorbida por las raíces y no participa del proceso de producción de los cultivos. Las pérdidas de agua resultan de una serie de procesos hidrológicos complejos y dinámicos que ocurren en forma esporádica como la interceptación, el escurrimiento superficial, o la percolación y/o continua como la evaporación y la transpiración. En la Figura 6 se presenta un esquema de las principales formas de pérdida de agua del suelo. 2.3.1. Interceptación o intercepción Es una forma de pérdida difícil de medir y controlar; está influenciada por muchos factores (cantidad de lluvia, frecuencia, temperatura y viento, canopeo de la vegetación natural o cultivada). Para un estado dado de la vegetación, la cantidad de agua que puede quedar en el follaje, puede considerarse un valor relativamente fijo, por lo que la proporción de pérdida de agua por esta vía dependerá de la cantidad de la lluvia, y de su frecuencia. Se ha estimado que este tipo de pérdida puede representar del 10-15 % de la lluvia total en bosques templado-cálidos, y de un 20 a 25 % en coberturas de cereales y leguminosas (Morgan y Kirby, 1995). 13
  • 14. EV TR IN Figura 6: Esquema de las principales pérdidas de agua en un suelo. EV=evaporación, TR=transpiración de malezas, IN=interceptación, ES=escurrimiento ES superficial, PE=percolación PER No resulta fácil ni tampoco práctico eliminar esta forma de pérdida; en general se trata de estimularla, ya que puede representar una forma de disminuir el escurrimiento y la erosión hídrica, por su efecto disipador de la energía cinética de la lluvia. En la Tabla 2 se indican algunos valores de capacidad de almacenaje máxima por interceptación de algunas coberturas de vegetación. Como se aprecia los valores absolutos de pérdida no son importantes cuantitativamente, aunque pueden serlo para lluvias de bajo milimetraje y alta frecuencia, en climas cálidos. Tabla 2: Capacidad de interceptación de diferentes tipos de vegetación (varios autores citados por Morgan y Kirby, 1995) Tipo de vegetación Capacidad de interceptación máxima (mm) Pastura de festuca 1.2 Pastura de trébol 2.0 Selva tropical 0.8 - 2.5 Bosque templado caduco (verano) 1.0 Bosque templado caduco (invierno) 0.5 Bosque de pinos 1.0 Soja 0.7 Caña de azúcar 0.6 Trigo 1.8 Maíz 0.8 Alfalfa 2.8 14
  • 15. 2.3.2. Escurrimiento superficial 2.3.2.1. Dinámica y factores involucrados Corresponde a la pérdida de agua que fluye sobre el terreno al no infiltrarse en el sitio de caída. Está asociada estrechamente a la pérdida de suelo y la erosión hídrica, por producirse arrastre del material junto con el agua. La escorrentía es la resultante de una serie de procesos hidrológicos dependientes de factores climáticos, del suelo y de manejo, representados en la Figura 7: Precipitacion Retención superficial INTENSIDAD DE LOS PROCESOS (MM/H) Detención superficial Escorrentía Intercepción Infiltración TIEMPO (hs) Figura 7: Dinámica de los procesos hidrológicos que ocurren durante una precipitación (en línea cortada se indica el punto de encharcamiento). La vegetación o los residuos toman contacto con la precipitación al comienzo de la lluvia, generando la interceptación o intercepción, la cual se satura en función de la cantidad de follaje presente. Simultáneamente con este proceso comienza la infiltración. Estos dos procesos se encuentran íntimamente ligados, ya que el incremento de la intercepción contribuye a mantener altas las velocidades iniciales de infiltración. El momento en que la intensidad de precipitación supera a la velocidad de infiltración se conoce como punto de encharcamiento, y es cuando comienza a acumularse agua en superficie, dando lugar a la retención superficial. Esta retención es función directa de la rugosidad superficial, de las micro depresiones y microlomas, del relieve general del lugar (% dependiente, longitud, complejidad), de la existencia de residuos o vegetación superficial y 15
  • 16. de las obras de manejo del relieve (cultivo en contorno, cultivo en fajas o terrazas). Una vez colmada la capacidad de retención del suelo tiene lugar otro proceso denominado detenimiento superficial, consistente en una proporción del agua que no adquirió la suficiente energía potencial como para escurrir (similar al efecto de tensión superficial del menisco convexo de un vaso colmado de agua). La proporción de agua detenida es función de los mismos parámetros que el proceso anterior. Como resultante de todos estos procesos ocurre el escurrimiento superficial, el cual, hacia el final de la lluvia, tiene una intensidad igual a la diferencia entre precipitación e infiltración. En términos algebraicos el escurrimiento resulta de: E = P - (I + In + R) donde E = Escurrimiento superficial P = Precipitación I = Infiltración R = Retención superficial Como se desprende de este balance sencillo, el escurrimiento depende de: Precipitaciones: cantidad e intensidad de las mismas. Relieve: grado, longitud y complejidad de la pendiente. Velocidad de infiltración: por textura, porosidad, estabilidad agregado, discontinuidades internas del perfil. Manejo: que define el estado estructural del suelo, la cobertura y la presencia de micro relieves. 2.3.2.2 Estimación del escurrimiento Uno de los métodos más utilizados para estimar el volumen escurrido en una determinada condición de suelo-cultivo es el propuesto por el servicio de conservación de suelos de los Estados Unidos (SCS-EEUU) denominado Método de la Curva Número o CN (USDA, 1968). Se lo utiliza para estimar la cantidad de agua que puede escurrir de un suelo o de una cuenca, a los fines de poder dimensionar adecuadamente las obras de control del escurrimiento tales como canales, embalses, defensas, etc. A continuación se explicar brevemente los fundamentos y el procedimiento de calculo de escurrimiento utilizando este método. a.- Estimación del potencial de escurrimiento suelo-cultivo (valor de CN) El potencial de escurrimiento de un suelo o una cuenca se estima a traves de un valor adimensional empírico llamado Curva Número o CN. Este valor adimensional es proporcional a la cantidad de escurrimiento que es capaz de producir un suelo e inversamente proporcional a la capacidad 16
  • 17. potencial de retención de agua por el terreno, factor denominado S, según la siguiente relación: 100 CN = +S 10 Si S=0, la CN=100, entonces el potencial de escurrimiento es máximo. Para la determinación de la CN se consideran: el grupo hidrológico de suelo (Ver apunte de clasificaciones utilitarias), el uso y manejo de los mismos y la posible aplicación de prácticas conservacionistas. b.- Obtención del grupo hidrológico de suelo Para definir esta variable se considera la condición física tanto de la superficie del suelo como la de los horizontes, aspectos que influencian la velocidad de infiltración y a la transmisión de agua dentro del perfil, respectivamente. El método define cuatro grupos hidrológicos denominados A, B, C y D, siendo el grupo A el que posee un elevado grado de infiltración y transmisión (potencial bajo de escurrimiento), hasta el grupo D que presentan muy baja velocidad de entrada y de circulación de agua dentro del perfil (alto potencial de escurrimiento). En la Tabla 3 se pueden observar las características generales de los suelos correspondientes a cada grupo hidrológico. Tabla 3: Características generales de los grupos hidrológicos de suelos. GRUPO HIDROLOGICO GRADO DE INFILTRACIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES TRANSMISIÓN DEL PERFIL A Alto (bajo potencial de escurrimiento) Suelos profundos, bien o excesivamente drenados, texturas arenosas, gravas, gravillas, etc. B Moderado Suelos moderadamente profundos, sin barreras físicas importantes, materiales más finos que arenas. C Bajo Presencia de capas u horizontes que limitan la infiltración y transmisión de agua, texturas más finas que en el grupo anterior. D Muy Bajo (alto potencial de Suelos someros o con capa escurrimiento) densificada e impermeable cercana a la superficie, textura arcillosa con predominio de arcillas expandibles. c.- Definición del uso y manejo de los suelos El uso del suelo, de acuerdo a esta metodología, hace referencia al grado y tipo de cobertura que tienen los suelos, incluyendo los distintos tipos de vegetación (cultivos, pasturas, bosques), barbechos y usos no agrícolas (lagunas, caminos). En el manejo se involucra la forma en se realizan las labranzas distinguiendo surcos rectos a favor de la pendiente, o surcos en contorno (siguiendo curvas a nivel). 17
  • 18. La valoración que hace el método de los distintos usos y manejos que considera la metodología se presentan en la Tabla 4. d.- Prácticas conservacionistas Las prácticas conservacionistas hacen referencia fundamentalmente a técnicas de manejo del relieve, cuyos fundamentos y detalles técnicos se detallan en los apartados 2.3.2.3 y 2.3.2.4. Las prácticas que considera el método de la CN se detallan en la Tabla 4. Tabla 4: Valores de Curva Número para diferentes usos, manejos y grupos hidrológicos Aspectos considerados Grupo hidrológico USO MANEJO ESTADO A B C D Barbecho Surcos rectos malo 77 86 91 94 Cultivos en surcos Surcos rectos Malo 72 81 88 91 Surcos rectos Bueno 67 78 85 89 Curvas de nivel Malo 70 79 84 88 Curvas de nivel Bueno Curvas de nivel y terrazas Curvas de nivel y terrazas Malo 66 74 80 82 Bueno 62 71 78 81 Cereales finos Surcos rectos Malo 65 76 84 88 Surcos rectos Bueno 63 75 83 87 Curvas de nivel Malo 63 74 82 85 Curvas de nivel Bueno 61 73 81 84 Curvas de nivel y terrazas Curvas de nivel y terrazas Malo 61 72 79 82 Bueno 59 70 78 81 Leguminosas de siembra Surcos rectos Malo 66 77 85 89 densa o praderas en Surcos rectos Bueno 58 72 81 85 rotación Curvas de nivel Malo 64 75 83 85 Curvas de nivel Bueno 55 69 78 83 Curvas de nivel y terrazas Curvas de nivel y terrazas Malo 63 73 80 83 Bueno 51 67 76 80 Pastos o pastizales Malo 68 79 86 89 Regular 49 69 79 84 Bueno 39 61 74 80 Curvas de nivel Malo 47 67 81 88 Curvas de nivel Regular 25 59 75 83 Curvas de nivel Bueno 6 35 70 79 Prado (permanente) Bueno 30 58 71 78 Bosques Malo 45 66 77 82 Regular 36 60 73 79 bueno 25 55 70 77 e.- Determinación del volumen de escurrimiento El método de la Curva Número estima el volumen de escurrimiento o lámina de escurrimiento a través de la siguiente ecuación: (P - Ia ) 2 Q= (P - Ia ) + S (1) Donde: Q= volumen escurrido (mm) 18
  • 19. P= precipitación acumulada (mm) Ia= retención o abstracción inicial (mm): depende de la condición de superficie. Incluye la retención superficial, interceptación vegetal e infiltración inicial, previa a la producción de escurrimiento. S= retención potencial de agua por el terreno (mm): depende de: a) el estado de humedad del perfil, b) el grupo hidrológico y c) el uso y manejo del suelo. Incluye a Ia El método asume que la abstracción inicial (Ia) corresponde al 20 % de la retención potencial (S), es decir que: (2) I a = 0,2 × S Reemplazando 2 en la ecuación 1, se obtiene que: (P - 0,2 .S) 2 Q= (P - 0,2. S) + S El valor de S puede fluctuar entre cero e infinito. Cuando vale cero, el escurrimiento será máximo, tratándose de una superficie lisa e impermeable, con condiciones internas del perfil que definen velocidad de infiltración y conductividad hidráulica nulas. Por el contrario, S será infinito en un medio poroso, profundo, donde no hay impedimentos para la infiltración y conductividad de agua dentro del perfil. 2.3.2.3. Fundamentos y técnicas de control del escurrimiento El objetivo de las técnicas es lograr la óptima captación del agua en el lugar donde cae, para lo cual es necesario maximizar la interceptación, la infiltración y la retención. El conjunto de técnicas para el control del escurrimiento se basan en los siguientes principios: a. Aumentar la resistencia del suelo a la desagregación por la energía de la lluvia o la tracción del agua en movimiento, de este modo se incrementa también la velocidad inicial de infiltración mediante: - el aumento de la estabilidad de agregados a través de técnicas de incorporación de materia orgánica (ver apoyo didáctico de Manejo de la Condición biológica), - el aumento del tamaño de los agregados mediante el ajuste de época y secuencia de laboreos (camas rugosas, ver apoyo didáctico de Laboreo) - el aumento de la protección mecánica del suelo mediante residuos (ídem anterior), - la ruptura de costras y sellos superficiales mediante laboreos de emergencia o - una combinación de las anteriores. 19
  • 20. b. Aumentar la retención superficial: A través de las operaciones de laboreo y siembra, de técnicas de sistematización y orientación de labores que provocan una variación de la condiciones del relieve y micro relieve. c. Aumentar la permeabilidad del suelo (velocidades finales de infiltración): mediante técnicas de ruptura de pisos u horizontes genéticos que restrinjan la penetración profunda. d. Acortar la longitud de las pendientes: Las técnicas de sistematización (fajas o terrazas) tienden a disminuir la energía cinética del agua en movimiento (fuerza tractiva) y mejorar la retención y el detenimiento. 2.3.2.4. Técnicas de manejo del relieve Se conocen como técnicas de manejo del relieve o de sistematización a un conjunto de prácticas de ingeniería agrícola que se realizan para retener, detener, o conducir controladamente los excesos de escurrimiento. Se basan en modificaciones en la longitud de las pendientes, en la generación de micro relieves cortando la pendiente o en la generación de obstáculos vegetados o de tierra, a la dirección del flujo de agua. En orden de complejidad constructiva y de diseño son las siguientes: -Cultivos cortando la pendiente -Cultivos en curvas de nivel o en contorno -Cultivos en fajas a nivel -Cultivos en terrazas - de absorción o a nivel - de desagüe o con desnivel - de banco o bancal Cultivos cortando la pendiente: Esta práctica consiste en trazar una línea perpendicular a la resultante de las pendientes o a la pendiente principal de un lote, a fin de que sirva como línea base para la siembra de cultivos de escarda. Para marcarla se utiliza un nivel de anteojo; el observador se ubica en el medio del lote, a una distancia más o menos equidistante de los límites del mismo, según la topografía y el criterio del técnico. Uniendo estas dos marcas con la sembradora, el productor obtendrá la línea "base" de siembra para todo el lote (Figura 8). Estas marcas pueden quedar en forma permanente para ser utilizadas en años venideros. 20
  • 21. Mira Hm= 1 Dirección de la pendiente principal Nivel de anteojo Hm= 1 Figura 8: Esquema de trazado de los cultivos cortando la pendiente. Cultivos en curvas de nivel o en contorno Se diferencia de la anterior en que la línea que se traza tiene en cuenta todas las posibles direcciones de la pendiente, de manera de realizar todas las operaciones de laboreo siguiendo las curvas de nivel. Esta práctica consiste en cortar la pendiente en pequeñas porciones, de forma que cada surco o cada planta represente un obstáculo al avance del agua de la escorrentía, de ese modo se logra aumentar la retención y el detenimiento superficial (Figura 9). La ejecución de esta práctica se hace posible, a través del trazado de curvas guías a seguir en todas las prácticas de manejo posteriores (laboreos, siembras, formas de pastoreos). 21
  • 22. Hm= 1 Mira Direcciones de la pendiente principal Hm= 1 Nivel de Hm= 1 anteojo Figura 9: Esquema de trazado de los cultivos en contorno o curvas de nivel. Cultivos en fajas a nivel El cultivo en fajas a nivel consiste en la siembra alternada de fajas de pasturas que crezcan densamente (faja de protección o contención) y fajas de cultivos en hileras o de cereales (faja protegida), perpendicularmente a la dirección de la pendiente (Figura 8) o siguiendo curvas de nivel como líneas guía, de ahí el nombre de cultivos en fajas a nivel o en contorno (Figuras 11 y 12). 22
  • 23. Dirección pendiente o viento Cultivo limpio: FRANJA PROTEGIDA Cultivo denso: FRANJA PROTECTORA Figura 10: Esquema de un cultivo en fajas perpendiculares a la pendiente. Dirección general de la pendiente Línea guía 1 Ancho Cultivo denso: FRANJA irregular PROTECTORA Ancho Línea guía 2 regular Cultivo limpio: FRANJA PROTEGIDA Figura 11: Esquema de un cultivo en fajas a nivel o en contorno Existen otro tipo de cultivos en fajas para el control de erosión eólica, en las cuales la dirección es perpendicular a la dirección de los vientos. Este tipo de técnica es muy efectiva para el control de erosión, y se adapta a sistemas de producción mixtos. El fundamento del cultivo en fajas para contrarrestar la erosión que ocasiona el agua de escorrentía, se basa en lo siguiente: 23
  • 24. a) disminución de la velocidad y desorganización del agua de escurrimiento al fluir por la faja de césped denso, (aumento del detenimiento y la retención superficial); b) aumento de la velocidad de infiltración del agua en el suelo, tanto en la faja de pastura densa como en la cultivada; c) el sedimento procedente de la faja de cultivo, se deposita en la faja empastada al disminuir la velocidad del agua de escurrimiento. Manejo de los terrenos cultivados en fajas: las operaciones agrícolas en lotes cultivados en fajas, se ejecutan en forma similar a las tierras trabajadas en curvas de nivel, sin embargo se debe tener en cuenta: a) La siembra en fajas requiere el establecimiento de la rotación. Como el sistema se basa en la alternancia dentro del mismo lote y en la misma estación, de cultivos densos y los que no lo son, es indispensable que en años consecutivos, las fajas se roten de manera que se conserve un buen nivel de protección en todo el lote y transforme en producción actual el potencial acumulado en la franja protectora. b) El laboreo del suelo debe evitar la formación de camellones y surcos muertos. c) Siempre deben dejarse vías de desagües de los excedentes de escurrimiento protegidas con vegetación. Estas, facilitan también el tránsito de maquinaria para ejecutar labores en las fajas que lo exigen, sin dañar las plantas en aquellas ocupadas por otros cultivos. El SCS (Servicio de conservación de suelos de los EE.UU.), propone anchos posibles para la faja empastada y de cultivo para diferentes rangos de pendiente, tal como lo muestra la Tabla 5. Las dimensiones sugeridas varían con el suelo y ambiente, por ejemplo requerirán mayor protección relieves eólicos con materiales arenosos, que relieves de origen glaciar con materiales franco arcillo limosos. Tabla 5: Ancho de franjas empastada y cultivada en función del gradiente de pendiente. Pendiente Ancho de franja Ancho de franja (%) empastada (m) cultivable (m) Hasta 1 8 48 Hasta 3 12 36 Hasta 6 12 24 Más de 6 20 20 Es importante tener en cuenta que el ancho de la faja cultivable sea múltiplo del ancho de las herramientas a utilizar, con el fin de facilitar las operaciones de labranza. 24
  • 25. Sistemas de terrazas En los sistemas de terraza, además de los logros de laboreo cortando la pendiente se modifica total o parcialmente el relieve, a los fines de producir una retención o conducción controlada del agua de escurrimiento. Según su grado de complejidad se clasifican en: -Terrazas de banco: el primer sistema de terraza de banco convencional consistía en una serie de áreas planas, semejantes a bancos o escaleras, que convertían una pendiente escarpada del 20 al 30%, en grupo de bancos casi horizontales. Estas terrazas, que fueron desarrolladas en civilizaciones antiguas, se usan aún para producciones de subsistencia en numerosos países andinos y tropicales del sudeste asiático. -Terrazas de desagüe, de cauce, canal o avenamiento: Su objetivo es fraccionar la pendiente en superficies protegidas por estructuras, cuya función es disminuir la velocidad del escurrimiento y dirigir el excedente de agua no infiltrada en el suelo en forma no erosiva hacia una salida segura. Afectan principalmente los procesos de detención superficial y de retención por efecto de la dirección de líneas de cultivo entre terrazas. Por lo general, esta terraza se construye empujando tierra declive abajo, para formar un cauce con un albardón o camellón bajo. Este cauce desciende hasta otro canal de desagüe para que el agua de escurrimiento procedente del terreno corra sin ocasionar en éste, graves daños (Figura 12). Para que tal efecto se produzca, las terrazas deben ser trazadas con un cierto desnivel, tal que no produzca la erosión del cauce ni la sedimentación del mismo por velocidades del agua altas y bajas respectivamente. Dirección de la pendiente Bordo de la terraza Canal de la terraza Pendiente del terreno Figura 12: Esquema de una terraza de desagüe vista en corte. 25
  • 26. -Terrazas de absorción: Su objetivo principal es el de almacenar agua en el perfil de suelo y como objetivo secundario, el control de la erosión hídrica. En las regiones de precipitación pluvial moderada o baja, estas terrazas captan y retienen el agua de lluvia por infiltración en el perfil del suelo. La condición de suelo permeable mejora el funcionamiento de esta técnica. Al igual que las terrazas desagüe, una terraza de absorción está formada por un canal y un camellón o terraplén .Este último, en este tipo de terrazas se construye generalmente con material que se toma de ambos lados del mismo. Es necesario tener un camellón lo suficientemente alto y estabilizado para prevenir el desbordamiento o el rompimiento que pueda causar el agua que escurre. El canal y camellón están construidos a nivel, es decir que el gradiente de su pendiente es cero. Diseño de terrazas: El diseño de un sistema de cultivo en terrazas debe concebirse dentro del manejo integrado de una cuenca hídrica, implica el espaciamiento y la localización apropiada de las terrazas, el diseño de un canal de capacidad suficiente y el desarrollo de secciones transversales fáciles de cultivar. Las características del suelo, las prácticas de manejo del suelo y del cultivo, y las condiciones climáticas son los puntos más importantes en el diseño de esta técnica. a-Espaciamiento entre terrazas: la distancia entre terrazas se calcula en todos los casos, de manera que la escorrentía que fluye sobre las porciones limitadas por ellas, no alcance velocidad erosiva. Depende por lo tanto de la pendiente del terreno, de las condiciones del suelo y del cultivo que en él se establezca y da las características climáticas del lugar (tipo e intensidad de precipitación). El intervalo vertical (IV), expresa la diferencia de nivel, en metros, de dos terrazas consecutivas. Un espaciamiento de 1 metro, por ejemplo, significa que una de las estructuras está localizada 1 metro más alta que la siguiente y 1 metro más baja que la anterior. El intervalo horizontal (IH), varía por lo tanto, para el mismo distanciamiento vertical, según sea la pendiente del terreno. En un terreno con 5 % de pendiente, una distancia vertical de 1 metro equivale a una separación horizontal de 20 metros, en tanto que una pendiente del 10 % será equivalente tan sólo a 10 metros de distancia horizontal. b- Desnivel de las terrazas: La caída o desnivel de las terrazas hacia el desagüe varía desde cero (terrazas a nivel) hasta 0,5%. Se procura utilizar siempre el menor desnivel que sea posible, de manera que el agua circule por el canal con velocidades apenas suficiente para prevenir la sedimentación de las partículas que acarrea el agua. En esta forma, además se evita que el propio lecho del canal llegue a sufrir erosión. La terraza a nivel o de absorción exige mayores cuidados en su construcción y estabilización, para evitar que queden puntos bajos en los 26
  • 27. cuales habría una excesiva acumulación de agua, generando lugares de alta susceptibilidad al desborde y ruptura de la estructura. La rotura del bordo de una terraza de absorción implica la transferencia de todo el volumen de agua que contenía esa terraza rota a la siguiente aguas abajo, esta por modificación del volumen de escurrimiento que recibirá y para el cual no fue diseñada provocará su rotura y el posible colapso de todo el sistema de terrazas aguas debajo del albardón roto. c- Longitud de las terrazas: la forma y el tamaño del lote a sistematizar, las posibilidades de drenaje, la razón de escurrimiento que varía con la lluvia, la infiltración del suelo y la capacidad del canal, son factores que influyen sobre la longitud de la terraza. El número de descargas es el mínimo, si se tiene buen diseño y trazo. Las terrazas demasiado largas presentan serias dificultades de construcción y manejo. Exigen secciones transversales demasiado amplias y mayores coeficientes de seguridad, especialmente en los tramos cercanos al desagüe para poder recibir la escorrentía acumulada del área que protegen sin recurrir a desniveles exagerados. d- Sección transversal de las terrazas: Tres son las condiciones que debe llenar una sección transversal de cualquier terraza: 1) capacidad amplia del canal; 2) lados con pendientes moderadas para no dificultar la utilización de maquinaria; 3) facilidad y economía en su construcción y con el equipo que se disponga. El punto 2) define terrazas de poca profundidad y gran anchura. En esta forma aprovecha también la circunstancia de que un canal con tales especificaciones es un conductor de escorrentías a bajas velocidades. En general se acepta que la profundidad de la terraza debe oscilar entre 30 y 50 cm, el ancho total entre 5-15 m y la pendiente de los lados del canal, no debe ser mayor de 5:1 siendo preferible reducirla hasta 8:1. La sección transversal de una terraza de base ancha (son aquellas que permiten ser sembradas en su totalidad sin provocar inconveniente a la maquinaria agrícola), para los propósitos de diseño, puede considerarse como un canal triangular. Para que los sistemas de cultivos cortando la pendiente, fajas y terrazas sean efectivos en la incorporación de agua al interior del suelo y la disminución del escurrimiento, los mismos deben acompañarse de un programa integral de manejo de las conducciones superficiales e internas del suelo que para maximizar la retención e infiltración de agua en el suelo. 2.3.2.5. Técnicas de regulación de escurrimientos. Micro embalses. 27
  • 28. Son un conjunto de técnicas que tienen como objetivo almacenar temporaria o permanentemente parte del escurrimiento de una cuenca con objetivos múltiples: - reducir los caudales máximos de una cuenca a los fines de proteger infraestructuras, controlar cárcavas, regular el caudal de canales, etc. - proveer agua para el consumo humano o animal, para riego o control de incendios en áreas deficitarias, - para la valorización del paisaje rural mediante el desarrollo de espejos de agua permanente. La técnica consiste en la construcción de pequeños embalses o reservorios (microembalses) con murallones de tierra que definen un área de embalse y una o más salidas controladas ya sea en el fondo del embalse o en los laterales (Figura 13 a y b). Los embalses con salida en el fondo no permiten la retención de agua y sólo tienen como función la regulación de caudales (Figura 13a), contrariamente los que tienen una única salida superficial tienen como función la retención de agua y no tienen función reguladora del caudal. Diversas combinaciones de ambos tipos son posibles en lo que se denominan embalses multipropósito (Figura 13b) VERTEDERO DE EMERGENCIA LINEA DE TERRENO VERTEDERO DE FONDO MURALLON DEL EMBALSE Figura 13 a: Microembalse con salida de fondo con función de regulación de caudales máximos 28
  • 29. VERTEDERO DE EMERGENCIA VERTEDERO PRINCIPAL ALTURA DE ALMACENAJE ALTURA DE REGULACIÓN Figura 13 b: Microembalse multipropósito con funciónes de regulación y almacenamiento de agua. La función de regulación de caudales máximos en una cuenca se logra a partir del control que ejercen los vertederos y el área de embalse sobre el hidrograma (gráfica del caudal de la creciente en función del tiempo). Cuando el caudal de la cuenca supera la capacidad de salida del vertedero, el excedente comienza a acumularse en la zona de embalse produciéndose la regulación. El diseño de estas estructura requiere el conocimiento de los siguientes procesos: a. La creciente de la cuenca (hidrograma de entrada, Figura 14), b. La relación existente entre el volumen almacenado y la altura que adquiere en el embalse c. La relación entre la altura del agua en el embalse y el caudal de salida por el vertedero y d. El hidrograma de salida con el caudal máximo regulado (Figura 14). CAUDAL HIDROGRAMA DE LA (m3/seg) CRECIENTE ANTES DEL EMBALSE HIDROGRAMA DE LA CRECIENTE DESPUES DEL EMBALSE (REGULADA) TIEMPO (hs) Figura 14: Hidrograma de una creciente antes y después de pasar por un macroembalse regulador de escurrimientos 29
  • 30. 2.3.3. Evaporación 2.3.3.1. Dinámica del proceso evaporante La evaporación es el pasaje de la forma líquida del agua del suelo a la fase de vapor con transferencia a la atmósfera y en respuesta a la demanda energética de ésta. Es un proceso que ocurre con el agua interceptada por la vegetación, con la que escurre o se almacena sobre la superficie, con la que ha penetrado en el suelo, especialmente la acumulada en los primeros centímetros. La evaporación es un proceso de pérdida de agua que opera en dos etapas: 1-Pérdida a velocidad constante: ocurre de inmediato al cese de la precipitación; la intensidad de evaporación está determinada por las condiciones externas y de la superficie del suelo. Es de similar intensidad a la que ocurre sobre una superficie de agua libre. El mecanismo principal es la capilaridad, por lo que está regulada por la ley de Darcy para flujo no saturado: ΛΨ Q = −k ∗ Λz donde: Q = caudal de flujo evaporado -k = conductividad capilar (función de la humedad y la textura del suelo ∆ψ/∆z = gradiente de potencial agua entre el suelo y la atmósfera 2- Pérdida a velocidad decreciente: con intensidades menores a la evaporatividad atmosférica, en la cual el mecanismo principal de transferencia es la difusión de vapor de agua, la cual responde a la ley de Fick: ∆PV Q = − Dvapor ∗ ∆L Donde: Dvapor = coeficiente de difusión de vapor de agua; ∆PV = gradiente de presión de vapor; ∆L = distancia entre los dos puntos. La importancia relativa del primer tipo de proceso es mucho mayor, ya que el cambio de estado se da directamente en la interfase entre el suelo y la atmósfera, de agua líquida a vapor, mientras que en el segundo mecanismo el cambio de estado se da de agua como vapor en el suelo a vapor en la atmósfera, con lo cual la intensidad es menor. Ambos procesos se indican esquemáticamente para dos tipos de suelo en la Figura 15. 30
  • 31. 12 100 Arenoso Arenoso 10 80 Franco Alta Franco Alta Evaporacion (m m h-1) demanda demanda Evaporacion (m m ) 8 Franco baja Franco baja 60 demanda demanda 6 40 4 20 2 0 0 0 100 200 300 0 100 200 300 Tiem po (horas) Tiem po (horas) Figura 15: Tasa de evaporación para un suelo arenoso y uno franco con distintas demanda evaporativa (izquierda). Evaporación acumulada para un suelo arenoso y un franco con distintas demanda evaporativa (derecha). (Tomado de Bonadeo y col., 2001). El primer proceso opera en los primeros momentos luego de la lluvia y es más intenso mientras se mantenga una conductividad alta, como ocurre en suelos de textura fina o en superficies compactadas. El otro proceso predomina en suelos donde predomina la macroporosidad superficial, en la cual la conductividad no saturada disminuye rápidamente al desecarse la superficie. 2.3.3.2. Control de la evaporación En base a estos dos procesos principales, los fundamentos que guiarán las tecnologías de control son los siguientes 1) Disminución de temperatura superficial: se reduce tanto D como ∆PV; 2) Aumento de la distancia entre el lugar de evaporación y la superficie (aumento ∆L); 3) Disminución de la renovación del aire sobre la superficie (disminución del ∆PV). 4) Aumento de la macroporosidad en superficie (disminuye k) 5) Mejorar la redistribución profunda del agua, evitando su acumulación en superficie En función de estos principios, las técnicas desarrolladas para controlar la evaporación directa son las siguientes: - Laboreo de corte horizontal Son laboreos especiales realizados con diversos implementos, como la barra escardadora, rejas horizontales planas, rastras rotativas, o implementos que al ser pasados a poca profundidad crean una zona de 6-8 cm con alta porosidad y baja conductividad capilar. Este tipo de laboreos son la base 31
  • 32. fundamental del barbecho, o técnica de conservación del agua en épocas sin cultivos (Ver apoyo didáctico de Laboreo). - Cultivos y laboreos bajo cubierta de rastrojos Conjunto de estrategias de manejo que utilizan restos orgánicos en superficie o “mulches” sin o con una semi-incorporación para provocar una capa aislante entre el suelo y la atmósfera. Depende su efectividad de la cantidad y grado de cobertura. - Coberturas artificiales Consiste en el uso de diferentes materiales colocados en la superficie del suelo a los efectos de eliminar la evaporación; en general se los utiliza en áreas con escasez de agua y cultivos de elevado valor económico, son ejemplos de ello: *Cubiertas de plástico: en especial de polietileno que cubren el suelo, utilizadas para cultivos hortícolas (tomate, frutilla), se incluyen aquí también los cultivos bajo invernadero, aunque aquí los efectos sobre el régimen hídrico incluyen el control de la temperatura del aire y el viento. *Cubiertas de piedra: Se aplican en el área circundante a la planta en algunos cultivos perennes de alto valor como frutales o viñedos. - Modificaciones micro climáticas Consisten en barreras naturales o artificiales que provocan modificaciones de la temperatura del aire, la humedad relativa ambiente y la velocidad del viento y sirven además como control de la erosión eólica. En la escala regional, la generalización de cortinas forestales, principalmente en ambientes semiáridos y áridos es un elemento de valor para influir sobre la velocidad del viento. Por otra parte es una técnica de rutina en todas las áreas regadas de las regiones áridas. En la escala de pequeñas áreas la instalación de cultivos en fajas de diferentes portes, ciclo y producto cosechable puede permitir micro variaciones de viento y temperatura; ejemplos locales, son la protección de cultivos de soja o maní con fajas de cultivo de girasol, sorgo forrajero o maíz. La orientación de los cultivos en forma normal o perpendicular a la dirección de los vientos, es otra medida de manejo importante. 2.3.4. Percolación Representa el movimiento del agua más allá de la profundidad radical, por lo tanto dependiente de la especie vegetal y de su estado fenológico, de la cantidad y frecuencia de lluvias y de la capacidad de retención de agua del suelo. Implica también pérdida de elementos nutritivos móviles (NO3-) en granulometrías de por si pobres en estos nutrientes. Es una pérdida difícil de evitar cuando se dan condiciones de ocurrencia. En la Tabla 6 se presentan algunos ejemplos de la relación lluvia-suelo-profundidad de mojado- percolación. 32
  • 33. Tabla 6: Relación entre parámetros hídricos, lámina de agua almacenada y profundidad de mojado para diferentes suelos de la región central del país Parámetros del suelo Tipo de suelo Localidad Suelo franco Suelo franco Suelo arenoso arenoso (General (Washington) (Cuatro Deheza) Vientos) Agua útil, CC-PMP 10 15 5 (gr agua/ 100 gr suelo) Peso Específico Aparente 1,2 1,3 1,3 (Tn.m-3) Lámina almacenada 1,2 1,95 0,65 (mm agua/cm suelo) Profundidad de mojado 0,8 0,51 1,53 (cm suelo/mm agua) Profundidad de mojado de 50 40 25 76,5 mm de lluvia (cm suelo) - Fundamentos y técnicas de control Los principios de control de este tipo de pérdida son el progresivo aumento de la capacidad de retención, mediante el incremento de la microporosidad y la selección de genotipos de baja relación parte aérea/parte radical, y alta capacidad potencial de profundización del sistema de raíces. Un método indirecto es a través del mantenimiento de mayores proporciones de materia orgánica en la superficie, o de mayores densidades en superficie, lo que incrementa su capacidad de retención. Los mayores porcentajes de agua útil en la superficie del suelo en sistemas bajo siembra directa se deben a una combinación de los factores anteriores: mayor compactación, y mayor acumulación de materia orgánica. En producciones intensivas sobre suelos muy permeables (especialmente Entisoles) se han utilizados plásticos ubicados a cierta profundidad para impedir la percolación, por ejemplo en frutillares al Este de Santa Fe. Otra medida para el aumento de la capacidad de retención de agua del perfil es el aporte de materiales orgánicos en forma masiva, como en ciertos sistemas de producción intensivo (uso de estiércoles, guanos, camas de criaderos, restos de cultivo de caña de azúcar, etc.). La influencia es por la mayor capacidad de la propia materia orgánica y por la generación de porosidad de almacenamiento al unir partículas mayores. El problema práctico es la cantidad de material a utilizar. Por ejemplo el aumento en 1 % de material humificado representa 45 tn en los primero 30 cm del suelo. Por lo tanto la estrategia más viable es a través de pequeñas y continuas adiciones de materiales orgánicos y de los residuos de los cultivos (Ver apoyo didáctico de Manejo de la condición biológica y bioquímica de los suelos). Cuando es posible también se puede tratar de aumentar la capacidad de retención del agua en el perfil con adiciones de materiales finos; ello es posible si están ubicados a una profundidad accesible a los implementos comunes de laboreo y presentan características apropiadas, aunque normalmente esta 33
  • 34. práctica ha caído en desuso debido a que las consecuencias desfavorables superan a sus ventajas. La otra estrategia es la selección de genotipos con mayor volumen y profundidad del sistema de raíces, de manera de captar el agua desde un mayor espesor de suelo. En este sentido los genotipos de ciclos más largos, con menores índices de cosecha (mayor proporción de materia seca de tallo, hojas y raíces sobre materia seca de granos) presentan un mayor volumen y profundidad del sistema radical. Algunas experiencias sugieren utilizar genotipos de soja de ciclo largo para las lomas alejadas de la freática, de manera de lograr una mayor profundización en el perfil y poder captar ese recurso hídrico subterráneo (Ver apartado 2.2.2.). Sólo es posible aprovechar el potencial genético de la alta relación de raíces y de su crecimiento si hay manejo integral de las de las condiciones internas del suelo: uniformidad morfológica y física en la profundidad rizosférica, ausencia de discontinuidades y limitaciones físicas y/o químicas al crecimiento de las raíces, agregados estables y porosos en el horizonte superficial, cobertura de restos vegetales en descomposición en la superficie del suelo, etc. 2.3.5. Transpiración La pérdida mediante la transpiración a través de las estomas de las plantas, es inevitable en los cultivos, aunque es posible hacerlo mediante el control de malezas, técnicas sobre las que se ha centrado gran parte del esfuerzo de los sistemas de producción agropecuario. Esta pérdida dependerá de características del cultivo, de la maleza y del suelo en el momento de control: a-Cultivo: La eficiencia en el uso del agua (EUA) puede definirse como la cantidad de agua utilizada para producir una cantidad de producto cosechable, siendo el Indice de cosecha (IC) la relación entre la producción cosechable y la producción total: Kg agua EUA = * IC Kg materia seca Donde: EUA= eficiencia el uso del agua; IC= Kg producto cosechable/ Kg Materia seca total (paja+grano) El control de este tipo de pérdida puede realizarse mediante la mejora genética de especies para adaptarlas a ambientes de alta demanda y baja disponibilidad de agua, mediante la reducción del movimiento del aire (intercultivos, cortinas forestales) o a través del uso de antitranspirantes de origen químico. b-Malezas: El ritmo de extracción de agua del suelo por parte de las malezas es función de su estado de crecimiento y desarrollo, lo que determina el consumo por unidad de tiempo, de su EUA (plantas C-3, C-4, mono o dicotiledóneas), del grado de infestación (número de plantas/m2) y 34
  • 35. del hábito radical de la maleza (define los horizontes de los que está extrayendo el agua). c-Suelo : La competencia por agua también dependerá de la relación entre la capacidad de retención de agua (profundidad de mojado) y el hábito radical de la maleza y el cultivo (sitios activos de extracción). 2.4. El subsistema ALMACENAJE El almacenaje de agua en el suelo es la resultante del balance entre fuentes y pérdidas, de acuerdo a la ley de conservación de la masa (ecuación de continuidad): ∆S = Idt − Odt Donde ∆S= variación del almacenaje en el perfil en el intervalo de tiempo dt Idt= variación del ingreso (inputs=fuentes) en el intervalo de tiempo dt Odt= variación de las pérdidas (=outputs) en el intervalo de tiempo dt Su magnitud depende de algunas características hidrofísicas del perfil: a. Profundidad efectiva del suelo: parámetro que determina el tamaño del continente, especialmente importante en condiciones de suelos anisotrópicos, con presencia de horizontes genéticos (duripanes, roca, fragipanes) o inducidos. Existen pocas posibilidades tecnológicas de revertir condiciones de escasa profundidad de suelo de origen genético, las cuales se consideran limitantes estructurales y por lo tanto, sólo superables adaptando los usos de la tierra. b. Estructura-agregación: Determina las condiciones que permiten la exploración en profundidad y en profusión del sistema de raíces, tanto en planos interpedales como dentro de los agregados. Es un aspecto clave del manejo, ya que son altamente modificable por tecnologías mecánicas (aflojamientos, ruptura de densificaciones), biológico (abonos y enmiendas que estabilicen agregados) o químicas (enmiendas cálcicas para mejorar la agregación). c. Granulometría: Determina la capacidad de retención de agua (CC - PMP), y conjuntamente con la variable de agregación, condiciona la incorporación de agua en el vegetal. Las curvas de retención hídrica se encuentran relacionadas a la resistencia mecánica del suelo, es decir que este último factor no sólo restringe la capacidad exploratoria sino que además torna más indisponible al agua del suelo. 2.5. El subsistema UTILIZACIÓN 35
  • 36. Involucra todos los procesos de ocupación del suelo por las raíces, movimiento de agua del suelo hacia la raíz, absorción y transporte dentro del vegetal (Ver apuntes de Sistema Suelo-Planta para una completa descripción de los términos de las ecuaciones). El aprovechamiento del agua almacenada puede ser caracterizado por la siguiente ecuación general: Ui = V ∗ L ∗ q ∗ (Ψs - Ψr ) (1) Donde Ui = utilización del agua en el horizonte i V = volumen de suelo explorado L = densidad de longitud de raíces en el horizonte q = caudal de flujo de agua desde el suelo a la raíz (Ley de Darcy ∆Ψ q=k∗ (2) ∆Z Donde K= conductividad hidráulica del suelo ∆ψ/∆Z = diferencia de potencial entre el suelo y la zona activa de absorción por las raíces y (ψs - ψr) = diferencia de potencial suelo - raíz k ∆H ψs = ψm + ∗L ∗ + ψo (3) ki ∆L Donde ψm = potencial mátrico k/ki L ∆H/∆L = velocidad de desecamiento ψo = potencial osmótico y ψr = ψb + ∑ ψb + ψf + z ∗ ∑ ψz (4) Donde ψb = potencial en la base del tallo ∑ψf = sumatoria de los potenciales de fricción z. ∑ψz = sumatoria de los potenciales gravitatorios Los principios de manejo del sistema suelo-planta involucrados en estos procesos son los siguientes: a. Mantener estructuras abiertas y estables que permitan una adecuada exploración del suelo por parte de las raíces, con ruptura de densificaciones inducidas o genéticas (Ver apoyo didáctico de 36
  • 37. Laboreo). De este modo se incrementan los términos V y L de la ecuación (1) b. Mantener buenas condiciones de permeabilidad en el suelo para facilitar el transporte no saturado de agua y solutos desde el suelo a la raíz, incrementando el parámetro de conductividad hidráulica k de la ecuación (2). c. Un buen volumen explorado por las raíces y una alta densidad de longitud de las mismas disminuye las distancias a recorrer por el agua, aumentando el factor q de la ecuación (2). d. Mantener las coberturas vegetales reducen la velocidad de evaporación y desecamiento del suelo, reduciendo el término k/ki L ∆H/∆L de la ecuación (3). e. La eliminación de impedancias en el suelo, aumenta el diámetro de las raíces reduciendo los potenciales de fricción ∑ψf de la ecuación (4). f. El control de la salinización del suelo reduce el ψo, aumentando la disponibilidad de agua para la planta. Se incluyen aquí también los posibles efectos osmóticos del agregado de cales agrícolas o fertilizantes (recordar el concepto de índice salino de los fertilizantes visto en Manejo de la Condición química). 2.6. Los subsistemas PRODUCCION TOTAL y PRODUCCION COMERCIAL La transformación del agua almacenada en producción depende además de todos los factores que determinan la producción de un cultivo, como la dotación de nutrientes, la radiación solar, la concentración de CO2, el manejo del cultivo, etc. (Figura 16). La eficiencia en el uso del agua es la relación entre los Kg de materia seca producida y los Kg de agua consumidos, y sintetiza la capacidad de un genotipo para utilizar y transformar el agua en materia seca o en materia cosechable, si utilizamos además el índice de cosecha en la evaluación. En esta instancia de resolución del sistema suelo-planta el subsistema agua debe acoplarse con los subsistemas utilización de los diferentes nutrientes, y con los índices de partición de fotoasimilados a los diferentes órganos de la planta. La ciencia ha desarrollado modelos de simulación de cultivos que permiten integrar los diferentes subsistemas que definen la producción total y comercial de un genotipo. Dentro de estos modelos Pilatti y col. desarrollaron un modelo aplicable a diferentes cultivos, cuyo esquema general se muestra en la Figura 12 (Pilatti y col, 1993, citados por Norero y Pilatti, 2003). 37
  • 38. Dinámica Parámetros Poblacional Biológicos de Plagas Cantidad y estado de patógenos Profilaxis y Insectos y malezas Insumos Pesticidas Datos Crecimiento Manejo Clima meteorológicos y Desarrollo del Cultural Cultivo Fecha y Fitometría Densidad de Siembra Producción total y Labores Suelos Producción Comercial Dinámica de estados y procesos edáficos Labores Agua, aire, Riego nutrientes, Fertilización temperatura, espacio físico Figura 16: Esquema general de la estructura conceptual de un modelo de la producción de cultivos (Modificado de Pilatti y col., 1993) Lectura complementaria • Apoyo Didáctico Agua del suelo. Cátedra Sistema Suelo-Planta. FAV-UNRC. Ediciónes CEIA. • Apoyo didáctico Laboreo. Cátedra Uso y Manejo de Suelos. FAV-UNRC. Ediciónes CEIA. • Apoyo didáctico Manejo de la Condición biológica y bioquímica. Cátedra Uso y Manejo de Suelos. FAV-UNRC. Ediciónes CEIA. • Bonadeo, E., Bongiovanni, M., Cantero, A., Marcos, J., Moreno, I. 2001. Relaciones Suelo-Planta. Material de estudio del Curso 2001, Maestría en Ciencias Agropecuarias, FAV-UNRC. • Morgan R.P.C. y R. J. Rickson, 1995. Slope Stabilization and Erosion Control- A Bioengineering Approach. E & FN SPON, Inglaterra, 274 pags. • Pilatti, M.A., D.A. Grenon, J.A. de Orellana, y Felli, O.M. 1993. Modelos de regresión y simulación para interpretar la influencia de suelo, clima y manejo sobre la producción de la soja. Rev. FAVE 7 (2) 93-121. (Citado en Norero, A.L. y Pilatti, M.A., 2003. Enfoque de sistemas y modelos agronómicos. Necesidad, métodos y objetos de estudio. Universidad Nacional del Litoral, 146 pags.). • Porta Casanellas, J., Lopez Acevedo Reguerín, M. y C. Roquero De Laburu. 1994. Edafología: para la agriculura y el medio ambiente. Ediciones Mundi Prensa, Madrid, 807 pags. • Schwab, G. O., Fangmeier, D. D., Elliot, W. and Frevert, R. K. 1992. Soil and water conservation engineering. Fourth Edition. John Wiley and Sons. 507 pags. (Versión castellana disponible en la Biblioteca de la UNRC). • U.S.D.A., S.C.S., 1968. A Method for Estimating Volumen and Rate of Runoff in Small Watershed. Scs-Tp-149. (Descripto en Schwab y col., 1992). 38

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