El drenaje con tejas es una forma 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 acceso de maquinaria pesada para cuidar y cosechar cultivos. Si bien el agua superficial se puede drenar mediante bombeo, zanjas abiertas o ambos, el drenaje con baldosas 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 cerámicas de arcilla cocida , que eran similares a las tuberías de terracota aunque no siempre tenían forma de tubería. En el siglo XIX, una teja canal en forma de C se colocaba comúnmente como un arco encima de una teja plana, denominada "taza" y "suela", respectivamente. Hoy en día, el drenaje con baldosas es cualquier variación de este sistema original que funciona del mismo modo. Comúnmente se utiliza tubería de HDPE y PVC denominada “tile line”, aunque todavía se utilizan prefabricados de hormigón y baldosas cerámicas.
La figura ilustra las técnicas de riego más utilizadas así como las opciones menos utilizadas para el tratamiento y reciclaje del drenaje de agua. Recoger 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 está ganando cada vez más popularidad entre los agricultores de estados como Iowa, Indiana, Ohio, Illinois y Minnesota. [1] En los estados del oeste de EE. UU., la salinidad del agua suele ser mayor 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 adecuado para su reutilización. [3]
Hay dos tipos de sistemas de drenaje que utilizan los agricultores: [4]
Los agricultores utilizan ampliamente el drenaje subterráneo. Tiene muchas ventajas: [5]
Generalmente se utilizan dos técnicas para controlar el drenaje: [6]
El reciclaje del agua de drenaje agrícola es un método no convencional eficaz para superar la escasez de agua en zonas áridas. En 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 sobre reutilización del agua son responsabilidad de los gobiernos estatales y locales. La recuperación de agua en la agricultura es una práctica que está aumentando rápidamente, especialmente en estados áridos como Texas, Nevada, Arizona y California. Estos estados han aprobado las siguientes leyes para hacer cumplir los estándares de reutilización agrícola del agua. [7]
La agricultura de regadío depende de una cantidad adecuada y una calidad aceptable. [8]
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 agua y la hace no disponible para los cultivos, lo que provoca estrés hídrico para las plantas. [9] Según las pautas de calidad del agua del Comité de Consultores de la Universidad de California: [10]
Las raíces de la mayoría de las plantas cultivadas requieren aire adecuado 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 las plantas.
Una razón adicional para el drenaje subterráneo es asegurar suficiente firmeza del suelo para la labranza y otros accesos 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 están sucios, las raíces de la mayoría de las plantas no crecen mucho más profundamente que el nivel freático. Al principio de la temporada de crecimiento, cuando hay suficiente agua, las plantas son pequeñas y no requieren tanta agua. Durante este tiempo, las plantas no necesitan desarrollar sus raíces para llegar al 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. Luego, las plantas necesitan desarrollar raíces para llegar al 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 drenaje de baldosas, el nivel freático se reduce efectivamente 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 baldosas de drenaje evitan que las raíces estén debajo del nivel freático durante los períodos húmedos, lo que puede estresar las plantas. Al eliminar el exceso de agua, los cultivos utilizan de forma más eficaz el agua a la que tienen acceso sus raíces. 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 opera en las macetas de plantas de interior: sus agujeros de drenaje en el fondo evacuan el exceso de agua del medio para que el aire pueda llenar los poros del medio y estar disponible para las raíces que, privadas de aire por la saturación del medio, medio con agua durante un tiempo suficiente, se pudrirá y morirá. La instalación de drenaje de baldosas en un campo en forma de cuadrícula logra el mismo efecto en un campo de varios cientos de acres. [11]
En un sistema de drenaje de tejas, se instala una especie de "plomería" debajo de la superficie de los campos agrícolas, que en realidad consiste 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 líneas de tejas a menudo se deposita en última instancia en puntos de agua superficiales (lagos, arroyos y ríos) ubicados a una elevación más baja que la fuente. El agua ingresa a la línea de losetas a través de los espacios entre las secciones de las losas, en el caso de diseños de losas más antiguas, o a través de pequeñas perforaciones en las losas de plástico modernas. [12] La instalación de las tejas o línea de tejas puede involucrar 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 baldosas y dicta hasta qué punto se debe colocar baldosas en el área para garantizar un drenaje suficiente. Los suelos más arenosos necesitarán poco o ningún drenaje adicional, mientras que los suelos con alto contenido de arcilla retendrán el agua de manera más hermética, lo que requerirá que las líneas de losetas se coloquen más juntas.
Las raíces de los árboles de setos y cortavientos se sienten naturalmente atraídas por las condiciones favorables de riego que proporcionan las losas o las líneas de losas de los campos adyacentes. El hidrotropismo desempeña un papel, ya que los pelos radiculares en las puntas de las raíces de los árboles que sondean dinámicamente responden de manera diferente a las grietas más húmedas que a las más secas, intercambiando mensajes hormonales con el resto del árbol que los alientan a concentrarse en avanzar hacia nichos tan favorables. En las perforaciones de las líneas de drenaje de azulejos, al igual que en las líneas de agua y alcantarillado agrietadas u oxidadas debajo de las calles de las ciudades, estas raíces encuentran la combinación ideal de una entrada para entrar y un abundante suministro de agua detrás. El resultado es que en cualquiera de estos sistemas de tuberías, a veces se producen obstrucciones y es necesario eliminarlas mediante serpenteo , corte giratorio , excavación y extracción 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 una limpieza cada año en una u otra parte del sistema. [13] : 304–305
Los antiguos autores romanos Catón el Viejo y Plinio el Viejo describieron sistemas de drenaje de tejas en el año 200 a. C. y el siglo I d. C., respectivamente. Según Johnston Farm, [14] el drenaje con 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 116 km (72 millas) de tejas de arcilla en 1,3 km 2 (320 acres ). El esfuerzo aumentó su rendimiento de trigo de 12 fanegas por acre a 60. Johnston, el "padre del drenaje con tejas en Estados Unidos", [15] continuó abogando por el drenaje con tejas durante toda su vida, atribuyendo su éxito agrícola a la fórmula "D, C y D", es decir, estiércol, crédito y drenaje. [dieciséis]
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 se dividió de acuerdo con el Sistema Público de Estudio de Tierras que instituyó la Ordenanza de Tierras de 1785 , el desarrollo, especialmente de las tierras agrícolas, a menudo estuvo limitado por el ritmo al que se las hizo aptas para el cultivo. Por ejemplo, aunque Iowa fue admitido como estado de los Estados Unidos en 1846, los mapas que representaban la propiedad de la tierra indicaban densidades de población por debajo del promedio 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 ofrecieron incentivos gubernamentales para mejorar la tierra para la agricultura. Por ejemplo, la legislación en Indiana dio lugar a un estatuto federal en 1850 que preveía la venta de pantanos con descuento a los agricultores dependiendo de su drenaje de la tierra y su mejora para la productividad agrícola. Para facilitar dicha mejora, la mayoría de los estados instituyeron agencias gubernamentales para regular la instalación de drenaje con tejas. Incluso actualmente, las elecciones locales en los estados más rurales suelen incluir la elección de miembros de las juntas de supervisión del drenaje; por ejemplo, en Michigan el Comisionado de Drenaje del Condado sigue siendo elegido popularmente.
En las décadas posteriores a la Guerra Civil estadounidense, los sistemas de drenaje se ampliaron rápidamente. Por ejemplo, la literatura histórica de Ohio [17] registra que en 1882 el número de acres drenados era aproximadamente igual al área de tierra que fue drenada en todos los años anteriores. En la década de 1930, el Cuerpo de Conservación Civil aumentó los sistemas de drenaje de tejas en todo el Medio Oeste , muchos de los cuales todavía se utilizan.
Hasta después de la Segunda Guerra Mundial, la tecnología de instalación de losetas siguió siendo similar a los métodos utilizados por primera vez en 1838. Aunque más tarde las secciones de cemento reemplazaron a las tejas de arcilla originales y se utilizaron máquinas para cavar las zanjas para las líneas de losetas, el proceso siguió siendo bastante laborioso. intensivo y limitado a contratistas especializados.
La introducción de losetas de plástico sirvió para reducir tanto el costo de instalación de las mismas como la cantidad de mano de obra involucrada. En lugar de colocar secciones individuales de losetas de cemento de extremo a extremo en la zanja, los instaladores de losas solo tuvieron que desenrollar una sección continua de una línea de losas liviana y flexible. 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 implementos para baldosas de bricolaje. Al abaratar la instalación de losetas y permitir que se realice según el cronograma del propietario, los agricultores son capaces de drenar puntos húmedos localizados que pueden no crear un problema suficiente como para ameritar operaciones más costosas. De esta manera, los agricultores pueden disfrutar de aumentos en el rendimiento de los cultivos y al mismo tiempo ahorrar en los costos de capital de la instalación de baldosas. Quizás el implemento más útil en la historia del drenaje fue la zanjadora de tracción Buckeye de James B. Hill , que colocó baldosas de drenaje a un ritmo récord. La máquina de zanjas de Hill drenaba el Gran Pantano Negro en Ohio, vastas extensiones de Luisiana y los pantanos de Florida.
Ecológicamente, la ampliación de los sistemas de drenaje ha tenido tremendos efectos negativos. Cientos de miles de especies de humedales experimentaron importantes disminuciones demográficas a medida que su hábitat se fragmentaba cada vez más y se convertía a otros usos. Aunque la caza comercial dentro de la ruta migratoria central fue un factor que contribuyó a la disminución del número de muchas especies de aves acuáticas en las primeras décadas del siglo XX, la pérdida de 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 marismas que hoy en día son inexistentes o tienen un área significativamente reducida. La canalización , un proceso relacionado de concentrar y facilitar el flujo de agua desde áreas agrícolas, también contribuyó a esta degradación. [ cita necesaria ]
El drenaje en mosaico y los cambios correspondientes en el paisaje (drenar humedales, suelos húmedos y canalizar arroyos) han contribuido a que los ríos sean más erosivos. [18] Esta respuesta de los ríos debido al drenaje es el resultado de acortar el tiempo de residencia del agua en el paisaje. Por ejemplo, la precipitación solía retenerse en los humedales y en la superficie de los suelos, evaporándose continuamente o aprovechándose a través de la transpiración de las plantas. El agua se escurriría lentamente a través del paisaje y eventualmente llegaría a los ríos. El proceso de drenaje con tejas, utilizado para secar suelos de manera rápida y eficiente, da como resultado una transmisión eficiente de agua al río; de hecho, tan eficiente que se entregan mayores volúmenes de agua a los ríos. [ cita necesaria ] 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 lentamente de forma y transportando continuamente sedimentos limitados) estaba, y actualmente está, desequilibrado. El resultado de esta pérdida de equilibrio son cantidades extremas de erosión de las orillas que resultan en cargas de sedimentos excesivas e impactos críticos en los entornos naturales y hábitats ribereños. [ cita necesaria ]
Las tejas de drenaje a veces disminuyen la erosión del suelo y la escorrentía de algunos nutrientes, incluido el fósforo. [19] El fósforo es un nutriente importante que hay que controlar porque es el nutriente limitante en la mayoría de los ecosistemas acuáticos. Por tanto, el fósforo es el principal culpable de la eutrofización de las aguas superficiales; sin embargo, el otro nutriente limitante, el nitrógeno, causa daños sustanciales a las aguas. Por ejemplo, se ha implicado al nitrógeno en la hipoxia del golfo. Las tejas de drenaje a veces aumentan la calidad del agua porque el agua fluye hacia el suelo y luego a las tejas, en lugar de correr fuera del campo hacia una zanja, arrastrando tierra y nutrientes consigo. El suelo tiene la posibilidad de filtrar el agua antes de que ingrese a los arroyos y ríos. Sin embargo, al pasar por alto las mejoras de la superficie, como la labranza de conservación o las zonas de amortiguamiento ribereñas, el drenaje de las tejas también puede crear problemas con la calidad del agua [20] y el flujo de salida del drenaje de las tejas tiende a ser extremadamente alto en nitrógeno. Además, algunos drenajes de baldosas a veces contienen niveles muy altos de otras sustancias químicas. Dado que las formas superficiales de agricultura de conservación son menos efectivas en los sistemas de drenaje con tejas, otras prácticas como el drenaje controlado o los humedales artificiales pueden ser más efectivas. [20] En áreas muy planas, donde la topografía natural no proporciona el gradiente necesario para el flujo de agua, se pueden cavar "pozos agrícolas" para proporcionar suficiente salida a las líneas de azulejos. En estos casos, es el agua subterránea la que corre el riesgo de ser contaminada por la salida de baldosas sin filtrar.
Las operaciones ganaderas intensivas (OIT)/ operaciones concentradas de alimentación animal (CAFO) han generado desafíos en la eliminación de efluentes ganaderos. Los efluentes del ganado contienen nutrientes valiosos, pero la mala aplicación de estos materiales puede provocar graves problemas ecológicos, como la carga de nutrientes. La inyección de efluentes directamente al suelo es un método empleado por los aplicadores de estiércol para mejorar la absorción de nutrientes. Las tejas 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 luego drena fuera del campo y hacia las vías fluviales a través de las tejas de drenaje. [ cita necesaria ]
Hoy en día, una serie de iniciativas estatales y federales sirven para revertir la pérdida de hábitat. Muchos programas alientan e incluso reembolsan a los agricultores por interrumpir el drenaje de pozos de agua localizados en su propiedad, a menudo rompiendo las tomas de tejas o quitándolas por completo. 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 han tenido importantes efectos positivos en las poblaciones de una amplia variedad de aves acuáticas. [ cita necesaria ]