El drenaje por tejas es un tipo de sistema de drenaje agrícola que elimina el exceso de agua subterránea de los campos para permitir suficiente espacio de aire dentro del suelo, un cultivo adecuado y el acceso de maquinaria pesada para cuidar y cosechar los cultivos. Si bien el agua superficial se puede drenar mediante bombeo, zanjas abiertas o ambas, el drenaje por tejas suele ser el medio más eficaz para drenar el agua subterránea.
La frase "drenaje de tejas" deriva de su composición original a partir de tejas de cerámica de arcilla cocida , que eran similares a las tuberías de terracota , aunque no siempre tenían forma de tubería. En el siglo XIX, una teja de canal en forma de C se colocaba comúnmente como un arco sobre una teja plana, denominada "taza" y "suela", respectivamente. Hoy en día, el drenaje de tejas es cualquier variación de este sistema original que funciona del mismo modo. Comúnmente se utilizan tubos de HDPE y PVC denominados "línea de tejas", aunque todavía se utilizan hormigón prefabricado y tejas de cerámica.
La figura ilustra las técnicas de riego más utilizadas, así como las opciones menos utilizadas para el tratamiento y reciclaje del agua de drenaje. Recolectar agua de riego rica en nutrientes en embalses y bombearla de regreso a los campos de cultivo durante los períodos de sequía es una práctica asequible y cada vez más popular entre los agricultores de estados como Iowa, Indiana, Ohio, Illinois y Minnesota. [1] En los estados occidentales de EE. UU., la salinidad del agua suele ser más alta y el reciclaje directo no es una opción viable. [2] Se requieren técnicas de tratamiento avanzadas, como la ósmosis inversa, para que el drenaje del agua sea apto para su reutilización. [3]
Existen dos tipos de sistemas de drenaje que utilizan los agricultores: [4]
El drenaje subterráneo es ampliamente utilizado por los agricultores y tiene muchas ventajas: [5]
Generalmente se utilizan dos técnicas para controlar el drenaje: [5]
El reciclaje del agua de drenaje agrícola es un método no convencional eficaz para superar la escasez de agua en las zonas áridas. En los Estados Unidos, aunque la Ley Federal de Control de la Contaminación del Agua legisla sobre la calidad y la contaminación del agua a nivel nacional, las leyes y regulaciones de reutilización del agua son responsabilidad de los estados y los gobiernos locales. El agua recuperada en la agricultura es una práctica en rápido aumento, especialmente en estados áridos como Texas, Nevada, Arizona y California. Estos estados han aprobado las siguientes leyes para hacer cumplir las normas de reutilización agrícola del agua. [6]
La agricultura de regadío depende de una cantidad adecuada y una calidad aceptable. [7]
La cantidad de sal disuelta en el agua es un factor primordial para determinar su idoneidad para el riego. A medida que la sal se acumula en el suelo, retiene el agua y la hace inaccesible para los cultivos, lo que produce estrés hídrico en las plantas. [7] Según las Directrices de Calidad del Agua del Comité de Consultores de la Universidad de California: [7]
Las raíces de la mayoría de las plantas cultivadas necesitan aire suficiente para prosperar. El exceso de agua subterránea llena los poros del suelo e inhibe su crecimiento al privar a las raíces de aire, lo que provoca la pudrición de las raíces y la muerte de la planta.
Una razón adicional para el drenaje subterráneo es asegurar la firmeza suficiente del suelo para la labranza y otro acceso de maquinaria pesada para cuidar y cosechar un cultivo.
La mayoría de los cultivos requieren condiciones específicas de humedad del suelo y no crecen bien en suelos húmedos y fangosos. Incluso en suelos que no son fangosos, las raíces de la mayoría de las plantas no crecen mucho más profundo que el nivel freático. Al principio de la temporada de crecimiento, cuando el agua es abundante, las plantas son pequeñas y no necesitan tanta agua. Durante este tiempo, las plantas no necesitan desarrollar sus raíces para alcanzar el agua. A medida que las plantas crecen y utilizan más agua, el agua se vuelve más escasa. Durante este tiempo, el nivel freático comienza a descender. Las plantas necesitan desarrollar raíces para alcanzar el agua. Durante los períodos de sequía, el nivel freático puede caer más rápido que la velocidad a la que las plantas desarrollan raíces para alcanzarlo, lo que puede estresar gravemente a las plantas.
Al instalar drenajes con tejas, el nivel freático se reduce de manera efectiva y las plantas pueden desarrollar adecuadamente sus raíces. La falta de saturación de agua del suelo permite que el oxígeno permanezca en los poros del suelo para que lo utilicen las raíces. Las tejas de drenaje evitan que las raíces se encuentren por debajo del nivel freático durante los períodos húmedos, lo que puede estresar a las plantas. Al eliminar el exceso de agua, los cultivos utilizan el agua a la que tienen acceso sus raíces de manera más efectiva. Un aumento en el rendimiento de los cultivos se puede resumir en obligar a las plantas a desarrollar más raíces para que puedan absorber más nutrientes y agua.
El mismo principio se aplica a las macetas de las plantas de interior: los agujeros de drenaje en el fondo evacuan el exceso de agua del sustrato para que el aire pueda llenar los poros del sustrato y estar disponible para las raíces, que, si se ven privadas de aire por la saturación del sustrato con agua durante un tiempo suficiente, se pudrirán y morirán. La instalación de drenaje en forma de cuadrícula en un campo logra el mismo efecto en un campo de varios cientos de acres. [8]
En un sistema de drenaje de tejas, se instala una especie de "tubería" debajo de la superficie de los campos agrícolas, que consiste efectivamente en una red de tuberías subterráneas que permiten que el agua subterránea salga de entre las partículas del suelo y entre en la línea de tejas. El agua que fluye a través de las líneas de tejas a menudo se deposita en última instancia en puntos de agua superficial (lagos, arroyos y ríos) ubicados a una elevación más baja que la fuente. El agua ingresa a la línea de tejas ya sea a través de los espacios entre las secciones de tejas, en el caso de los diseños de tejas más antiguos, o a través de pequeñas perforaciones en las tejas plásticas modernas. [9] La instalación de las tejas o la línea de tejas puede implicar una zanjadora ( Ditch Witch ), un arado topo , una retroexcavadora u otro equipo pesado .
El tipo de suelo afecta en gran medida la eficacia de los sistemas de tejas y determina hasta qué punto se debe revestir el área para garantizar un drenaje suficiente. Los suelos más arenosos necesitarán poco o ningún drenaje adicional, mientras que los suelos con un alto contenido de arcilla retendrán el agua de forma más hermética, lo que requerirá que las hileras de tejas se coloquen más juntas.
Las raíces de los árboles de los setos y de los árboles cortavientos se sienten atraídas naturalmente por las condiciones favorables de riego que proporcionan las tejas o las líneas de tejas de los campos adyacentes. El hidrotropismo juega un papel importante, ya que los pelos de las raíces de los árboles, que sondean dinámicamente las puntas, responden de manera diferente a las grietas más húmedas frente a las más secas, intercambiando mensajes hormonales con el resto del árbol que los alientan a concentrarse en avanzar hacia esos nichos favorables. En las perforaciones de las líneas de drenaje de tejas, al igual que en las líneas de agua y alcantarillado agrietadas u oxidadas bajo las calles de la ciudad, estas raíces encuentran la combinación ideal de una entrada para entrar y un suministro de agua abundante detrás de ella. El resultado es que en cualquiera de estos sistemas de tuberías, a veces se producen bloqueos y es necesario limpiarlos mediante serpenteo , serpenteo con cortadora rotativa , excavación y tracción selectivas y métodos similares. En algunas regiones, los agricultores deben realizar un mantenimiento continuo de las líneas de drenaje de tejas para mantenerlas abiertas y funcionando correctamente, con al menos un poco de limpieza cada año en una u otra parte del sistema. [10] : 304–305
Los antiguos autores romanos Catón el Viejo y Plinio el Viejo describieron los sistemas de drenaje de tejas en el año 200 a. C. y en el siglo I d. C., respectivamente. Según Johnston Farm, [11] el drenaje de tejas se introdujo por primera vez en los Estados Unidos en 1838, cuando John Johnston utilizó la práctica de su Escocia natal en su nueva granja en el condado de Seneca, Nueva York . Johnston colocó 72 millas (116 km) de tejas de arcilla en 320 acres (1,3 km 2 ). El esfuerzo aumentó su rendimiento de trigo de 12 bushels por acre a 60. Johnston, el "padre del drenaje de tejas en Estados Unidos", [12] continuó abogando por el drenaje de tejas durante toda su vida, atribuyendo su éxito agrícola a la fórmula "D, C y D", es decir, estiércol, crédito y drenaje. [13]
La expansión de los sistemas de drenaje fue un aspecto técnico importante de la expansión hacia el oeste en los Estados Unidos en el siglo XIX. Aunque la tierra en los Estados Unidos estaba dividida de acuerdo con el Sistema de Inspección de Tierras Públicas que instituyó la Ordenanza de Tierras de 1785 , el desarrollo, especialmente de las tierras agrícolas, a menudo estaba limitado por el ritmo al que se las hacía aptas para el cultivo. Por ejemplo, aunque Iowa fue admitido como estado de los Estados Unidos en 1846, los mapas que mostraban la propiedad de la tierra indicaban densidades de población por debajo de la media en la región noroeste de Iowa hasta la década de 1870, siendo este un rincón del estado todavía conocido por su alto nivel freático y numerosos lagos y humedales .
Los estados occidentales tenían limitaciones similares a la intensificación agrícola. Muchos estados ofrecían incentivos gubernamentales para mejorar la tierra para la agricultura. Por ejemplo, la legislación en Indiana impulsó una ley federal en 1850 que preveía la venta de pantanos con descuento a los agricultores a cambio de que drenen la tierra y la mejoren para la productividad agrícola. Para facilitar esa mejora, la mayoría de los estados instituyeron agencias gubernamentales para regular la instalación de drenaje de tejas. Incluso en la actualidad, las elecciones locales en los estados más rurales a menudo incluyen la elección de miembros de juntas supervisoras de drenaje; por ejemplo, en Michigan, el Comisionado de Drenaje del Condado sigue siendo elegido por voto popular.
En las décadas posteriores a la Guerra Civil estadounidense, los sistemas de drenaje se expandieron rápidamente. Por ejemplo, la literatura histórica de Ohio [14] registra que en 1882, la cantidad de acres drenados era aproximadamente igual a la superficie de tierra que se drenó en todos los años anteriores. En la década de 1930, el Cuerpo Civil de Conservación amplió los sistemas de drenaje de tejas en todo el Medio Oeste , gran parte de los cuales todavía se utilizan.
Hasta después de la Segunda Guerra Mundial, la tecnología de instalación de baldosas siguió siendo similar a los métodos utilizados por primera vez en 1838. Aunque las secciones de cemento reemplazaron más tarde a las baldosas de arcilla originales y se utilizaron máquinas para cavar las zanjas para las líneas de baldosas, el proceso siguió siendo bastante laborioso y limitado a contratistas especializados.
La introducción de las tejas de plástico sirvió para reducir tanto el coste de la instalación como la cantidad de mano de obra necesaria. En lugar de colocar secciones individuales de tejas de cemento de extremo a extremo en la zanja, los instaladores de tejas sólo tenían que desenrollar una sección continua de tejas ligeras y flexibles. Hacia finales del siglo XX, cuando los grandes tractores con tracción en las cuatro ruedas se hicieron más comunes en las granjas estadounidenses, aparecieron en el mercado herramientas para hacer tejas por uno mismo. Al hacer que la instalación de tejas sea más barata y permitir que se haga según el cronograma del propietario, los agricultores pueden drenar puntos húmedos localizados que pueden no crear un problema lo suficientemente grande como para justificar operaciones más costosas. De esta manera, los agricultores pueden disfrutar de aumentos en el rendimiento de los cultivos mientras ahorran en los costos de capital de la instalación de tejas. Quizás el implemento más útil en la historia del drenaje fue la zanjadora de tracción Buckeye de James B. Hill , que colocó tejas de drenaje a un ritmo récord. La máquina zanjadora de Hill drenó el Gran Pantano Negro en Ohio, vastas extensiones de Luisiana y los pantanos de Florida.
Ecológicamente, la expansión de los sistemas de drenaje ha tenido tremendos efectos negativos. Cientos de miles de especies de humedales experimentaron importantes disminuciones de población a medida que su hábitat se fragmentaba cada vez más y se convertía en otros usos. Aunque la caza comercial dentro de la ruta migratoria central fue un factor que contribuyó a la disminución de las poblaciones de muchas especies de aves acuáticas en las primeras décadas del siglo XX, la pérdida del hábitat de reproducción debido a la expansión agrícola es sin duda el más significativo. Los primeros mapas de los estados del medio oeste muestran muchos lagos y pantanos que hoy en día son inexistentes o tienen una superficie significativamente reducida. La canalización , un proceso relacionado de concentración y facilitación del flujo de agua desde las zonas agrícolas, también contribuyó a esta degradación. [ cita requerida ]
El drenaje en tejas y los cambios correspondientes en el paisaje (drenaje de humedales, suelos húmedos y canalización de arroyos) han contribuido a que los ríos sean más erosivos. [15] Esta respuesta de los ríos debido al drenaje es el resultado de acortar el tiempo de residencia del agua en el paisaje. Por ejemplo, las precipitaciones solían retenerse en humedales y en la superficie de los suelos, evaporándose continuamente o siendo utilizadas a través de la transpiración de las plantas. El agua se drenaba lentamente a través del paisaje y eventualmente desembocaba en los ríos. El proceso de drenaje en tejas, utilizado para secar los suelos de manera rápida y eficiente, da como resultado una transmisión eficiente del agua al río, tan eficiente que se entregan mayores volúmenes de agua a los ríos. [ cita requerida ] El efecto de mayores volúmenes de agua es más energía en el agua: el estado de equilibrio dinámico en el que existieron los ríos durante siglos (cambiando de forma lentamente y transportando sedimentos limitados de manera continua) estaba, y actualmente está, desequilibrado. Esta pérdida de equilibrio da como resultado cantidades extremas de erosión de las orillas, lo que resulta en cargas de sedimentos excesivamente onerosas e impactos críticos en los entornos naturales y los hábitats fluviales. [ cita requerida ]
Las baldosas de drenaje a veces reducen la erosión del suelo y la escorrentía de algunos nutrientes, incluido el fósforo. [16] El fósforo es un nutriente crucial para controlar porque es el nutriente limitante en la mayoría de los ecosistemas acuáticos. Por lo tanto, el fósforo es el principal culpable de la eutrofización de las aguas superficiales; sin embargo, el otro nutriente limitante, el nitrógeno, causa un daño sustancial a la calidad del agua. Por ejemplo, el nitrógeno ha sido implicado en la hipoxia del golfo. Las baldosas de drenaje a veces aumentan la calidad del agua porque el agua fluye hacia el suelo, luego la baldosa, en lugar de escurrirse del campo hacia una zanja, arrastra tierra y nutrientes con ella. El suelo puede filtrar el agua antes de que entre en los arroyos y ríos. Sin embargo, al pasar por alto las mejoras de la superficie como la labranza de conservación o los amortiguadores ribereños, el drenaje de baldosas también puede crear problemas con la calidad del agua [17] y el flujo de salida del drenaje de baldosas tiende a ser extremadamente alto en nitrógeno. Además, el drenaje de baldosas a veces contiene niveles muy altos de otros productos químicos. Dado que las formas superficiales de agricultura de conservación son menos eficaces en los sistemas con drenaje por tejas, otras prácticas, como el drenaje controlado o los humedales construidos, pueden ser más eficaces. [17] En zonas muy planas, donde la topografía natural no proporciona el gradiente necesario para el flujo de agua, se pueden cavar "pozos agrícolas" para proporcionar a las líneas de tejas una salida suficiente. Sin embargo, los pozos de drenaje pueden poner en riesgo la calidad del agua subterránea.
Las operaciones de ganadería intensiva (OGI)/ operaciones de alimentación animal concentrada (OCA) han generado desafíos en la eliminación de efluentes ganaderos. Los efluentes ganaderos contienen nutrientes valiosos, pero la aplicación incorrecta de estos materiales puede provocar graves problemas ecológicos, como la carga de nutrientes. La inyección de efluentes directamente en el suelo es un método que emplean los aplicadores de estiércol para mejorar la absorción de nutrientes. Las baldosas de drenaje pueden aumentar la filtración de estiércol inyectado en las vías fluviales superficiales debido a la inyección de estiércol porque el estiércol líquido se filtra a través de los suelos y se drena fuera del campo y hacia las vías fluviales a través de las baldosas de drenaje. [ cita requerida ]
En la actualidad, existen varias iniciativas estatales y federales que sirven para revertir la pérdida de hábitat. Muchos programas alientan e incluso reembolsan a los agricultores por interrumpir el drenaje de puntos húmedos localizados en sus propiedades, a menudo rompiendo las entradas de agua o quitando los desagües de baldosas. Los propietarios de tierras suelen recibir una compensación parcial o total por perder la capacidad de cultivar en estas tierras. Estos programas y la cooperación de los propietarios de tierras de todo el país tienen efectos positivos significativos en las poblaciones de diversas aves acuáticas. [ cita requerida ]