La compactación del suelo , también conocida como degradación de la estructura del suelo , es el aumento de la densidad aparente o la disminución de la porosidad del suelo debido a cargas aplicadas externa o internamente. [1] La compactación puede afectar negativamente a casi todas las propiedades y funciones físicas, químicas y biológicas del suelo . [2] Junto con la erosión del suelo , se considera el "problema ambiental más costoso y más grave causado por la agricultura convencional ". [3]
En la agricultura, la compactación del suelo es un problema complejo en el que interactúan el suelo, los cultivos, el clima y la maquinaria . La presión externa debida al uso de maquinaria pesada y el manejo inadecuado del suelo puede provocar la compactación del subsuelo , creando capas impermeables dentro del suelo que restringen los ciclos del agua y los nutrientes . Este proceso puede causar efectos in situ, como la reducción del crecimiento, el rendimiento y la calidad de los cultivos, así como efectos ex situ, como el aumento de la escorrentía de aguas superficiales , la erosión del suelo, las emisiones de gases de efecto invernadero , la eutrofización , la reducción de la recarga de aguas subterráneas y la pérdida de biodiversidad . [4]
A diferencia de la salinización o la erosión, la compactación del suelo es principalmente un problema subterráneo y, por lo tanto, un fenómeno invisible. [5] Se necesitan métodos de identificación especiales para localizar, monitorear y gestionar el problema de manera adecuada.
La compactación del suelo no es un problema reciente. Antes del comienzo de la agricultura mecanizada, el uso de arados se asociaba con la compactación del suelo. [6] Sin embargo, múltiples estudios han demostrado que las técnicas agrícolas modernas aumentan el riesgo de compactación perjudicial del suelo. [7]
La base de datos histórica sobre la compactación del suelo a nivel mundial es generalmente muy débil, ya que solo existen mediciones o estimaciones para ciertas regiones o países en determinados puntos del tiempo. En 1991, se estimó que la compactación del suelo representaba el 4 % (68,3 millones de hectáreas) de la degradación antropogénica del suelo en todo el mundo. [8] En 2013, la compactación del suelo se consideró una de las principales causas de la degradación del suelo en Europa (aproximadamente 33 millones de hectáreas afectadas), África (18 millones de hectáreas), Asia (10 millones de hectáreas), Australia (4 millones de hectáreas) y algunas zonas de América del Norte. [9]
Más concretamente, en Europa aproximadamente el 32% y el 18% de los subsuelos son altamente y moderadamente vulnerables a la compactación respectivamente. [10]
En suelos sanos y bien estructurados, las partículas interactúan entre sí formando agregados de suelo. La estructura del suelo resultante aumenta en estabilidad con el número de interacciones entre partículas del suelo. El agua y el aire llenan los espacios vacíos entre las partículas del suelo, donde el agua interactúa con las partículas del suelo formando una capa delgada alrededor de ellas. Esta capa puede proteger la interacción entre partículas, reduciendo así la estabilidad de la estructura del suelo. [11]
La presión mecánica aplicada al suelo se ve contrarrestada por un aumento de las interacciones entre las partículas del suelo, lo que implica una reducción del volumen del suelo al reducir los espacios vacíos entre las partículas del suelo. [11]
Como consecuencia, el agua y el aire se desplazan y la densidad del suelo aumenta, lo que resulta en una menor permeabilidad al agua y al aire. [12]
La susceptibilidad del suelo a la compactación depende de varios factores que influyen en las interacciones de las partículas del suelo:
La compactación del suelo puede ocurrir de manera natural por el proceso de secado y humectación llamado consolidación del suelo , [17] [9] o cuando se aplica presión externa al suelo. Las causas antrópicas más relevantes de compactación del suelo en la agricultura son el uso de maquinaria pesada, la propia práctica de labranza , la elección inadecuada de los sistemas de labranza, así como el pisoteo del ganado .
El uso de maquinarias grandes y pesadas para la agricultura a menudo provoca no sólo la compactación de la capa superficial del suelo , sino también del subsuelo . La compactación del subsuelo es más difícil de regenerar que la de la capa superficial. No sólo el peso de las maquinarias, es decir, la carga por eje, sino también la velocidad y el número de pasadas pueden afectar la intensidad de la compactación del suelo. [18] [19] La presión de inflado de las ruedas y los neumáticos también juega un papel importante en el grado de compactación del suelo. [20]
Independientemente de que se utilice maquinaria pesada o no, la práctica de la labranza en sí misma puede causar compactación del suelo. Si bien la principal causa de compactación del suelo en una actividad de labranza en la actualidad se debe a las maquinarias, no se debe descuidar la influencia de la compactación resultante de equipos más livianos y animales sobre la capa superficial del suelo. [21] Además, la elección inadecuada de sistemas de labranza puede causar una compactación innecesaria del suelo. [22] Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la actividad de labranza podría reducir la compactación de la capa superficial del suelo en comparación con la actividad sin labranza a largo plazo. [23]
El pisoteo significativo del ganado resultante de la ganadería en praderas y tierras agrícolas también se considera una causa importante de la compactación del suelo. [24] Esto no se ve afectado si el pastoreo es continuo o de corto plazo, [25] sin embargo, se ve afectado por la intensidad del pastoreo. [26]
Los principales efectos sobre las propiedades del suelo debido a la compactación del suelo son la reducción de la permeabilidad del aire y la reducción de la infiltración de agua . [27] Los principales efectos físicos negativos para las plantas son el crecimiento restringido de las raíces de las plantas en respuesta a la acumulación de la hormona vegetal etileno [28] y la accesibilidad de los nutrientes debido al aumento de la densidad aparente y la reducción del tamaño de los poros del suelo . [9] Esto puede conducir a una capa superficial del suelo extremadamente seca y eventualmente hace que el suelo se agriete porque las raíces absorben el agua que requieren para la transpiración de la parte superior del suelo donde las plantas pueden penetrar con su profundidad radicular restringida. [20]
Las propiedades químicas del suelo se ven influenciadas por el cambio en las propiedades físicas del suelo. Un posible efecto es una disminución en la difusión de oxígeno que causa condiciones anaeróbicas . Junto con las condiciones anaeróbicas, los aumentos en la saturación de agua del suelo pueden aumentar los procesos de desnitrificación en el suelo. Las posibles consecuencias son un aumento en la emisión de N 2 O , disminuciones en el nitrógeno disponible en el suelo y una menor eficiencia del uso del nitrógeno por parte de los cultivos. [29] Esto puede causar un aumento en el uso de fertilizantes. [9]
La biodiversidad del suelo también se ve afectada por la aireación reducida del suelo. La compactación severa del suelo puede causar una biomasa microbiana reducida . [30] La compactación del suelo puede no influir en la cantidad, sino en la distribución de la macrofauna que es vital para la estructura del suelo, incluidas las lombrices de tierra , debido a la reducción de los poros grandes. [9] [31]
Todos estos factores afectan negativamente el crecimiento de las plantas y, por lo tanto, conducen a una reducción del rendimiento de los cultivos en la mayoría de los casos. [32] Como la compactación del suelo es persistente, la pérdida del rendimiento de los cultivos como uno de los "costos de compactación del suelo" [33] puede generar una preocupación por la pérdida económica a largo plazo.
La compactación del suelo y sus efectos directos están estrechamente relacionados con los efectos indirectos externos que tienen un impacto global, visible solo en una perspectiva de largo plazo. La acumulación de efectos puede dar lugar a impactos ambientales complejos que contribuyen a problemas ambientales globales actuales, como la erosión, las inundaciones , el cambio climático y la pérdida de biodiversidad en el suelo. [34]
La compactación del suelo provoca reducciones en el crecimiento, el rendimiento y la calidad de los cultivos. A nivel local, estos efectos pueden tener impactos menores en la seguridad alimentaria . Sin embargo, si se suman las pérdidas en el suministro de alimentos debido a la compactación del suelo, la compactación puede amenazar la seguridad alimentaria. Esto es especialmente relevante para las regiones propensas a sequías e inundaciones. En estos casos, el suelo compactado puede contribuir a que la capa superficial del suelo se seque y aumente la escorrentía superficial . Además, el cambio climático puede empeorar los efectos adversos de la compactación del suelo. Esto se debe a que el cambio climático presenta fenómenos como olas de calor y tormentas que pueden aumentar el riesgo de sequías e inundaciones y los sistemas de drenaje.
El suelo almacena gases de efecto invernadero (GEI). Se lo considera un importante depósito terrestre de carbono. [35] Al proporcionar servicios de filtrado y reciclaje de nutrientes , el suelo regula los flujos de GEI. La pérdida de gases del suelo a la atmósfera a menudo se ve potenciada por la influencia de la compactación del suelo en la permeabilidad y los cambios en el crecimiento de los cultivos. Cuando los suelos compactados están anegados o tienen un alto contenido de agua, tienden a provocar pérdidas de metano (CH 4 ) a la atmósfera debido a una mayor actividad bacteriana. La liberación de óxido nitroso (N 2 O) de GEI también se origina en procesos microbiológicos en el suelo y se ve reforzada por el uso de fertilizantes nitrogenados en tierras cultivables. [36]
Además, el suelo compactado requiere un aporte extra de energía. Se utiliza más combustible y fertilizantes para el cultivo en comparación con el suelo no compactado debido a las restricciones en el crecimiento de los cultivos resultantes de una menor eficiencia en el uso del nitrógeno. La producción de fertilizantes nitrogenados demanda una gran cantidad de energía.
La permeabilidad reducida del suelo compactado puede provocar inundaciones locales . Cuando el agua no puede infiltrarse, los encharcamientos y anegamientos plantean un riesgo general de erosión del suelo por el agua. [37] En suelos compactados, las huellas de las ruedas suelen ser el punto de partida de la escorrentía y la erosión. Es probable que la erosión del suelo aparezca en campos en pendiente o especialmente en terrenos montañosos. Esto puede conducir a una transferencia de sedimentos [56]. Excepto por los efectos negativos directos para los agricultores, el riesgo de escorrentía superficial cerca de las huellas de las ruedas afecta indirectamente al entorno fuera de la explotación, ya que, por ejemplo, redistribuye "sedimentos, nutrientes y pesticidas dentro del campo y más allá". [20] Especialmente cuando aumenta el riesgo de erosión del suelo superficial, la eutrofización de las aguas superficiales se convierte en un gran problema debido a una mayor cantidad de nutrientes. [38] En zonas de alto riesgo, como suelos húmedos en pendientes, el purín aplicado puede escurrirse fácilmente. Esto da como resultado una pérdida de amoníaco, que contamina las aguas superficiales, ya que crea una falta de oxígeno. La erosión del suelo causada por la compactación, que conduce a la muerte de muchas especies, [37] es responsable de una disminución en la calidad del hábitat y, por lo tanto, de la pérdida de especies.
Otro efecto externo se puede observar en relación con las aguas subterráneas . La tasa de infiltración del suelo de los pastizales sin tráfico es cinco veces mayor que en suelos con mucho tráfico. [39] Una consecuencia podría ser una menor recarga de las aguas subterráneas . Especialmente en las regiones más secas que sufren una falta de reservas de agua, esto plantea un riesgo crucial. En las regiones donde "el subsuelo proporciona una proporción significativa del agua que necesitan los cultivos para satisfacer las demandas de transpiración", [40] a menudo dependientes de la agricultura, este peligro de compactación está más presente.
Además, la cantidad de fertilizante que se utiliza en suelos compactados es mayor que la que las plantas pueden absorber. Por lo tanto, el excedente de nitrato en el suelo tiende a filtrarse en las aguas subterráneas, lo que provoca contaminación . Debido a la disminución de la capacidad de filtrado del suelo, se limita la descomposición microbiana de los pesticidas y también es más probable que los pesticidas lleguen a las aguas subterráneas. [37]
La compactación del suelo se puede identificar en el campo, en el laboratorio o mediante teledetección. Para obtener datos y resultados fiables es necesaria una combinación de diferentes métodos, ya que "no existe un único método universal disponible para identificar suelos compactos". [41]
Fenómenos como el encharcamiento en la superficie o en las capas subterráneas, la reducción visible de la porosidad y los cambios en la estructura, la humedad y el color del suelo son indicadores de la compactación del suelo en el campo. [20] Un color azul grisáceo del suelo y un olor a sulfuro de hidrógeno pueden aparecer en la capa superior del suelo debido a la aireación atenuada. Un aumento en la resistencia del suelo se puede medir con un penetrómetro, que es básicamente un dispositivo para medir la resistencia de un suelo. Otro indicador importante de la compactación del suelo es la propia vegetación. Por medio de patrones de crecimiento de los cultivos, colores pálidos de las hojas y crecimiento de las raíces, es posible sacar conclusiones sobre el grado de compactación. [41] Especialmente al intentar identificar la compactación del suelo en el campo con las mediciones mencionadas anteriormente, se ha considerado particularmente importante hacer una comparación entre el suelo potencialmente compactado y el suelo no compactado cercano.
La densidad aparente del suelo, la distribución del tamaño de los poros, la permeabilidad al agua y el coeficiente relativo de difusión aparente de los gases proporcionan una buena visión general de la permeabilidad de los suelos al aire y al agua y, por lo tanto, del grado de compactación. Dado que los poros gruesos son los más importantes para la infiltración de agua, el intercambio y el transporte de gases, se recomienda centrarse en ellos al medir la porosidad y el coeficiente de difusión. [42] Los datos obtenidos en un laboratorio son fiables siempre que se haya analizado una cierta cantidad de muestras. Por eso es necesario reunir una gran cantidad de muestras de suelo en toda la parcela de muestra que sea de interés.
La teledetección ayuda a reconocer alteraciones de la estructura del suelo, el crecimiento de las raíces, la capacidad de almacenamiento de agua y la actividad biológica. "La detección de estas características directamente en la superficie del suelo desnudo o indirectamente por la vegetación conduce a la identificación de este tipo de degradación". [43] Esto es especialmente útil para grandes áreas. Como prevención de la compactación del suelo, la teledetección puede modelar la susceptibilidad de los suelos al considerar la textura del suelo, el valor de la pendiente, el régimen hídrico y factores económicos como el tipo de cultivo o la maquinaria que se utiliza.
La compactación del suelo suele ser local y depende de muchos factores que pueden variar en unos pocos metros cuadrados. Esto hace que sea muy difícil estimar la susceptibilidad de los suelos a la compactación a gran escala. Dado que los métodos de teledetección no pueden identificar la compactación del suelo directamente, existen limitaciones para la identificación, el seguimiento y la cuantificación, especialmente a escala mundial. Los métodos de identificación mencionados anteriormente son insuficientes para áreas extensas, ya que no es posible obtener un tamaño de muestra lo suficientemente grande sin dañar el suelo y manteniendo el presupuesto a un nivel razonable.
Se necesitan varias décadas para una restauración parcial del suelo compactado y, por lo tanto, es extremadamente importante tomar medidas activas para regenerar las funciones del suelo. [44] Dado que la compactación del suelo es muy difícil de identificar y revertir, se debe prestar especial atención a la prevención y la mitigación.
La Asamblea General de las Naciones Unidas ha acordado luchar conjuntamente contra la degradación de las tierras . En particular, los Estados miembros se comprometieron a "utilizar y difundir tecnología moderna para la recopilación, transmisión y evaluación de datos sobre la degradación de las tierras". [45]
La Unión Europea aborda la compactación del suelo mediante el Séptimo Programa de Acción de la UE en materia de Medio Ambiente, que entró en vigor en 2014. En él se reconoce que la degradación del suelo es un grave problema y se establece que, para 2020, la tierra deberá gestionarse de forma sostenible en toda la Unión. [46]
Los gobiernos nacionales han regulado las prácticas agrícolas para mitigar el efecto de la compactación del suelo. Por ejemplo, en Alemania los agricultores operan bajo la Ley Federal de Conservación del Suelo. La ley establece que los agricultores tienen la obligación de tomar precauciones con respecto a la compactación del suelo de acuerdo con las buenas prácticas reconocidas. [47] Las buenas prácticas pueden variar de un caso a otro e implicar una variedad de métodos biológicos, químicos y técnicos.
La introducción de plantas de raíces profundas es una forma natural de regenerar suelos compactados. Los cultivos de raíces profundas proporcionan ciclos de humectación y secado inducidos por los cultivos que agrietan el suelo, rompen las capas impermeables del suelo mediante la penetración de las raíces y aumentan la materia orgánica . [ cita requerida ] La técnica zaï [48] describe un sistema de hoyos de plantación que se cavan en un suelo pobre. Estos hoyos, con un diámetro promedio de 20 a 40 cm y una profundidad de 10 a 20 cm, se llenan con materia orgánica y luego se siembran después de la primera lluvia de la temporada. Esta técnica conserva el suelo, captura agua y rehabilita gradualmente la estructura y la salud del suelo subyacente. [49] Una forma sistemática de regenerar el suelo degradado (por ejemplo, el suelo compactado) a largo plazo es la transformación de la agricultura convencional en agroforestería . Los sistemas agroforestales apuntan a la estabilización del rendimiento anual, así como al mantenimiento saludable del ecosistema combinando el cultivo de plantas de cultivo y árboles en el mismo sitio. [ cita requerida ]
Dado que la compactación del suelo puede provocar un menor crecimiento de los cultivos y, por tanto, una menor producción económica, el uso de fertilizantes, especialmente nitrógeno y fósforo, está aumentando. Esta creciente demanda provoca varios problemas. El fósforo se encuentra en depósitos marinos, depósitos magmáticos o en el guano . El fósforo extraído de los depósitos marinos contiene cadmio y urano. Ambos elementos pueden tener efectos tóxicos para el suelo, las plantas y, por tanto, para los seres humanos o los animales como consumidores.
Otra posibilidad de aumentar la fertilidad del suelo, además de la utilización de fertilizantes minerales, es el encalado. Mediante el encalado se puede elevar el nivel de pH y la saturación de bases a un nivel más adecuado para los microorganismos y, especialmente, las lombrices de tierra en la capa superficial. Mediante una mayor actividad de la fauna del suelo se debe lograr un aflojamiento del suelo y, por consiguiente, una mayor porosidad y una mejor permeabilidad al agua y al aire. [50]
Los métodos técnicos tienen como objetivo principal reducir y controlar la presión que ejerce la maquinaria pesada sobre el suelo. En primer lugar, la idea del tráfico controlado de ruedas es separar las huellas de las ruedas y el área destinada al enraizamiento de las plantas. [51] Se espera una reducción del área compactada por los neumáticos, lo que reducirá los efectos negativos sobre el crecimiento de los cultivos. En algunas áreas, se introdujo tecnología basada en SIG para supervisar y controlar mejor las rutas de tráfico. [20]
La baja presión de los neumáticos es otra forma de distribuir la presión aplicada sobre una superficie mayor y suavizar la presión general. Para una gestión integrada, se recomienda la modelización informática de la vulnerabilidad de los cultivos a la compactación, con el fin de evitar conducir sobre suelos vulnerables. [52]
La labranza cero puede contribuir a mejorar las condiciones del suelo, ya que conserva más agua que la labranza tradicional [51]; sin embargo, como la labranza es una preparación del terreno de cultivo para el próximo proceso de siembra o plantación, la labranza cero no necesariamente da un resultado positivo en todos los casos. El aflojamiento de las capas de suelo ya compactadas mediante un desgarro profundo puede ser beneficioso para el crecimiento de las plantas y las condiciones del suelo.
{{cite report}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )