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 grave causado por la agricultura convencional ". [3]
En 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 un manejo inadecuado del suelo puede llevar a 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 reducción del crecimiento, rendimiento y calidad de los cultivos, así como efectos fuera del sitio, como aumento de la escorrentía de aguas superficiales , erosión del suelo, emisiones de gases de efecto invernadero , eutrofización , reducción de la recarga de aguas subterráneas y pérdida de biodiversidad. . [4]
A diferencia de la salinización o la erosión, la compactación del suelo es principalmente un problema subterráneo y, por 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 inicio de la agricultura mecanizada, el uso de arados estaba asociado con la compactación del suelo. [6] Sin embargo, múltiples estudios han demostrado que las técnicas agrícolas modernas aumentan el riesgo de compactación dañina del suelo. [7]
La base de datos históricos para la compactación global del suelo es generalmente muy débil ya que sólo hay mediciones o estimaciones para ciertas regiones/países en ciertos momentos. 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 razones 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 algunos países. 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 del suelo. La estructura del suelo resultante aumenta en estabilidad con el número de interacciones entre las partículas del suelo. El agua y el aire llenan los huecos entre las partículas del suelo, donde el agua interactúa con las partículas del suelo formando una fina capa a su alrededor. 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 contrarresta con un aumento de las interacciones entre las partículas del suelo. Esto implica una reducción en el volumen del suelo al reducir los huecos entre las partículas del suelo. [11]
Como consecuencia, el agua y el aire se desplazan y la densidad aparente del suelo aumenta, lo que resulta en una permeabilidad reducida al agua y al aire. [12]
La susceptibilidad del suelo a la compactación depende de varios factores que influyen en las interacciones entre las partículas del suelo:
La compactación del suelo puede ocurrir naturalmente mediante el proceso de secado y humectación llamado consolidación del suelo , [17] [9] o cuando se aplica presión externa al suelo. Las causas más importantes de compactación del suelo en la agricultura, inducidas por el hombre, son el uso de maquinaria pesada, la práctica de la labranza en sí, la elección inadecuada de los sistemas de labranza y el pisoteo del ganado .
El uso de maquinaria grande y pesada para la agricultura a menudo provoca no sólo la compactación de la capa superior del suelo sino también del subsuelo. La compactación del subsuelo es más difícil de regenerar que la compactación de la capa superior del suelo. No sólo el peso de las maquinarias, es decir, la carga por eje, sino también la velocidad y el número de pasos pueden afectar la intensidad de la compactación del suelo. [18] [19] La presión de inflado de ruedas y neumáticos también juega un papel importante en el grado de compactación del suelo. [20]
Ya sea que se utilice maquinaria pesada o no, la práctica de la labranza en sí misma puede causar la compactación del suelo. Si bien la principal causa de compactación del suelo en una actividad de labranza hoy en día se debe a las maquinarias, no se debe descuidar la influencia de la compactación resultante de equipos más livianos y animales sobre la capa superior del suelo. [21] Además, la elección inadecuada de sistemas de labranza puede causar una compactación innecesaria del suelo. [22] Sin embargo, cabe señalar que la actividad de labranza podría reducir la compactación de la capa superior del suelo en comparación con la actividad de labranza cero a largo plazo. [23]
También se considera una causa importante de compactación del suelo el importante pisoteo del ganado debido a la cría de ganado en prados y tierras agrícolas. [24] Esto no se ve afectado si el pastoreo es continuo o de corto plazo, [25] sin embargo, sí 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 al 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 provocar una capa superior del suelo extremadamente seca y, eventualmente, hacer que el suelo se agriete porque las raíces absorben el agua que requiere transpiración desde la parte superior del suelo, donde las plantas pueden penetrar con su profundidad restringida de raíces. [20]
Las propiedades químicas del suelo están influenciadas por los cambios en las propiedades físicas del suelo. Un posible efecto es una disminución en la difusión de oxígeno que causa la condición anaeróbica . Junto con la condición anaeróbica, el aumento de la saturación de agua del suelo puede incrementar los procesos de desnitrificación en el suelo. Las posibles consecuencias son un aumento de las emisiones de N 2 O , una disminución del nitrógeno disponible en el suelo y una reducción de la eficiencia del uso del nitrógeno por parte de los cultivos. [29] Esto puede provocar un aumento del uso de fertilizantes. [9]
La biodiversidad del suelo también se ve influenciada por la reducción de la aireación del suelo. Una compactación severa del suelo puede causar una reducción de la biomasa microbiana . [30] La compactación del suelo puede no influir en la cantidad, pero sí 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 al 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 de rendimiento de los cultivos como uno de los "costos de compactación del suelo" [33] puede generar preocupación por pérdidas económicas a largo plazo.
La compactación del suelo y sus efectos directos están estrechamente relacionados con efectos indirectos fuera del sitio que tienen un impacto global, visible sólo en una perspectiva de largo plazo. Los efectos acumulados pueden dar lugar a impactos ambientales complejos que contribuyan a problemas ambientales globales en curso, como la erosión, las inundaciones , el cambio climático y la pérdida de biodiversidad en el suelo. [34]
Seguridad alimentaria
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. Aquí, el suelo compactado puede contribuir a secar la capa superior del suelo y aumentar 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 eventos como olas de calor y tormentas que pueden aumentar el riesgo de sequías e inundaciones y sistemas de drenaje.
Cambio climático y uso de energía
El suelo almacena gases de efecto invernadero (GEI). Se considera una importante reserva terrestre de carbono. [35] Al proporcionar servicios de filtrado y ciclo de nutrientes , el suelo regula los flujos de GEI. La pérdida de gases del suelo a la atmósfera a menudo se ve reforzada por la influencia de la compactación del suelo sobre la permeabilidad y los cambios en el crecimiento de los cultivos. Cuando los suelos compactados están anegados o tienen un contenido elevado 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 gases de efecto invernadero se origina también en procesos microbiológicos en el suelo y se ve reforzada por el uso de fertilizantes nitrogenados en las tierras cultivables. [36]
Además, el suelo compactado requiere un aporte energético extra. 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 requiere una gran demanda de energía.
Erosión, inundaciones y aguas superficiales
La reducida permeabilidad del suelo compactado puede provocar inundaciones locales. Cuando el agua no puede infiltrarse, los encharcamientos y los anegamientos plantean un riesgo general de erosión del suelo por el agua. [37] En suelos compactados, las huellas de las ruedas son a menudo el punto de partida de la escorrentía y la erosión. Es probable que la erosión del suelo aparezca en campos inclinados o especialmente en terrenos montañosos. Esto podría provocar una transferencia de sedimentos [56]. Aparte de los efectos negativos directos para los agricultores, el riesgo de escorrentía superficial cerca de las huellas de las ruedas afecta indirectamente al medio ambiente fuera de la explotación, ya que, por ejemplo, redistribuye "sedimentos, nutrientes y pesticidas dentro y fuera del campo". [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 áreas de alto riesgo, como suelos húmedos en pendientes, el lodo aplicado puede escurrirse fácilmente. Esto provoca una pérdida de amoníaco, que contamina las aguas superficiales, ya que genera falta de oxígeno. La erosión del suelo causada por la compactación , que provoca la muerte de muchas especies, [37] es responsable de la disminución de la calidad del hábitat y, por tanto, de la pérdida de especies.
Agua subterránea
Otro efecto externo se puede observar en relación con las aguas subterráneas . La tasa de infiltración del suelo de pastizal sin tráfico es cinco veces mayor que en suelos con tráfico severo. [39] Una consecuencia podría ser una menor recarga de aguas subterráneas . Esto supone un riesgo crucial, especialmente en las regiones más secas y que sufren falta de reservas de agua. En las regiones donde "el subsuelo proporciona una proporción significativa del agua que necesitan los cultivos para satisfacer las demandas de transpiración", [40] que a menudo dependen de la agricultura, este peligro de compactación está más presente.
Además, la cantidad de fertilizante que se utiliza en suelos compactados es mayor de lo que las plantas pueden absorber. Así, el excedente de nitrato en el suelo tiende a filtrarse a las aguas subterráneas provocando contaminación . Debido a la disminución de la capacidad de filtración del suelo, la descomposición microbiana de los pesticidas se restringe 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 método universal único disponible para identificar suelos compactos". [41]
Fenómenos como el anegamiento en la superficie o en las capas subterráneas, la reducción visible de la porosidad y los cambios en la estructura del suelo, la humedad del suelo y el color del suelo son indicadores de la compactación del suelo en el campo. [20] En la capa superior del suelo puede producirse un color de suelo gris azulado y un olor a sulfuro de hidrógeno debido a la aireación atenuada. El aumento de 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. Mediante los patrones de crecimiento de los cultivos, los colores pálidos de las hojas y el crecimiento de las raíces, es posible sacar conclusiones sobre el grado de compactación. [41] Especialmente cuando se trata de 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 gas dan una buena visión general de la permeabilidad de los suelos al aire y al agua y, por tanto, del grado de compactación. Dado que los poros gruesos son 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 confiables siempre que se haya analizado una cierta cantidad de muestras. Es por ello que es necesario recolectar una gran cantidad de muestras de suelo a lo largo de 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 permite identificar este tipo de degradación". [43] Esto es especialmente útil para áreas grandes. Como prevención de la compactación del suelo, la teledetección puede modelar la susceptibilidad de los suelos considerando 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 directamente la compactación del suelo, existen limitaciones para su identificación, seguimiento y cuantificación, especialmente a escala global. Los métodos de identificación mencionados anteriormente son insuficientes para áreas grandes, ya que no es posible obtener un tamaño de muestra lo suficientemente grande sin dañar el suelo y mantener los recursos financieros 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 evitarla y aliviarla.
La Asamblea General de las Naciones Unidas ha acordado combatir conjuntamente la degradación de la tierra . 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 la tierra". [45]
La Unión Europea aborda la compactación del suelo a través del Séptimo Programa de Acción Medioambiental de la UE, que entró en vigor en 2014. Reconoce que la degradación del suelo es un desafío grave y afirma que para 2020 se supone que la tierra se gestionará 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 de Suelos. La ley establece que los agricultores tienen la obligación de extremar las precauciones con respecto a la compactación del suelo según buenas prácticas reconocidas. [47] Las buenas prácticas pueden variar de un caso a otro y abarcar una variedad de métodos biológicos, químicos y técnicos.
La introducción de plantas de enraizamiento profundo es una forma natural de regenerar suelos compactados. Los cultivos de raíces profundas proporcionan ciclos de humedad 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 necesaria ] La técnica zaï [48] describe un sistema de pozos de plantación que se excavan en suelos pobres. 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 las primeras lluvias 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 suelos degradados (por ejemplo, suelos compactados) a largo plazo es la transformación de la agricultura convencional en agrosilvicultura . Los sistemas agroforestales tienen como objetivo la estabilización del rendimiento anual así como el mantenimiento saludable del ecosistema combinando el cultivo de plantas de cultivo y árboles en el mismo sitio. [ cita necesaria ]
Dado que la compactación del suelo puede provocar un menor crecimiento de los cultivos y, por tanto, un menor rendimiento económico, está aumentando el uso de fertilizantes, especialmente nitrógeno y fósforo. Esta creciente demanda causa varios problemas. El fósforo se encuentra en depósitos marinos, depósitos magmáticos o en guano . El fósforo extraído de 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 oportunidad para aumentar la fertilidad del suelo además del uso de fertilizantes minerales es el encalado. Mediante el encalado se debe 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 superior del suelo. Mediante una mayor actividad de la fauna del suelo se debe lograr un aflojamiento del suelo y, en consecuencia, 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 aplicada sobre el suelo por la maquinaria pesada. Primero, la idea del tráfico de ruedas controlado es separar las huellas de las ruedas y el área para el enraizamiento de las plantas. [51] Se espera una reducción del área compactada por neumáticos, reduciendo los efectos negativos sobre el crecimiento de los cultivos. En algunas áreas, se introdujo tecnología basada en SIG para monitorear y controlar mejor las rutas del 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 modelar por computadora la vulnerabilidad a la compactación del patio de cultivo para evitar conducir sobre suelos vulnerables. [52]
La labranza cero puede contribuir a una mejor condición del suelo, ya que conserva más agua que la labranza tradicional, [51] sin embargo, como la labranza es una preparación del patio de cultivo para el próximo proceso de siembra o siembra, 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 la condición del suelo.
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