El control de la salinidad del suelo se refiere al control del proceso y progreso de la salinidad del suelo para prevenir la degradación del suelo por salinización y recuperación de suelos ya salados (salinos). La recuperación de suelos también se conoce como mejora, rehabilitación, remediación , recuperación o mejora del suelo.
La principal causa de salinización provocada por el hombre es el riego . El agua de río o subterránea utilizada para el riego contiene sales que permanecen en el suelo después de que el agua se ha evaporado .
El método principal para controlar la salinidad del suelo es permitir que entre el 10% y el 20% del agua de riego se filtre en el suelo, de modo que se drene y se descargue a través de un sistema de drenaje adecuado . La concentración de sal en el agua de drenaje es normalmente de 5 a 10 veces mayor que la del agua de riego, por lo que la exportación de sal se asemeja más a la importación de sal y no se acumulará.
Los suelos salados (salinos) tienen un alto contenido de sal . La sal predominante suele ser el cloruro de sodio (NaCl, "sal de mesa"). Los suelos salinos son por tanto también suelos sódicos pero puede haber suelos sódicos que no sean salinos, sino alcalinos .
Este daño representa un promedio de 2.000 hectáreas de tierra irrigada en zonas áridas y semiáridas diariamente durante más de 20 años en 75 países (cada semana el mundo pierde un área mayor que Manhattan)... Para alimentar a los nueve mil millones de personas que se prevé que vivan en el mundo. para 2050, y con poca tierra nueva productiva disponible, es un caso de que todas las tierras necesarias estén disponibles.— Autor principal Manzoor Qadir, Director Adjunto, Agua y Desarrollo Humano, en el Instituto para el Agua, el Medio Ambiente y la Salud de la Universidad de las Naciones Unidas, con sede en Canadá [1 ]
Según un estudio de la Universidad de las Naciones Unidas , alrededor de 62 millones de hectáreas (240 mil millas cuadradas; 150 millones de acres), que representan el 20% de las tierras irrigadas del mundo, están afectadas, frente a 45 millones de hectáreas (170 mil millas cuadradas; 110 millones de acres) en principios de los años 1990. [1] En la llanura Indogangética , hogar de más del 10% de la población mundial , las pérdidas de rendimiento de los cultivos de trigo , arroz , caña de azúcar y algodón cultivados en tierras afectadas por la sal podrían ser del 40%, 45%, 48% y 63%. %, respectivamente. [1]
Los suelos salinos son una característica común y un problema ambiental en las tierras irrigadas de regiones áridas y semiáridas , lo que resulta en una producción agrícola escasa o escasa. [2] Las causas de los suelos salados a menudo se asocian con niveles freáticos elevados , que son causados por la falta de drenaje natural del subsuelo hacia el subsuelo. Un drenaje subterráneo deficiente puede deberse a una capacidad de transporte insuficiente del acuífero o a que el agua no pueda salir del acuífero, por ejemplo, si el acuífero está situado en una depresión topográfica .
A nivel mundial, el factor principal en el desarrollo de suelos salinos es la falta de precipitaciones . La mayoría de los suelos naturalmente salinos se encuentran en regiones y climas (semi)áridos de la tierra.
La salinización provocada por el hombre es causada principalmente por la sal que se encuentra en el agua de riego. Toda el agua de riego derivada de ríos o aguas subterráneas, independientemente de su pureza, contiene sales que permanecen en el suelo después de que el agua se ha evaporado.
Por ejemplo, suponiendo agua de riego con una baja concentración de sal de 0,3 g/L (igual a 0,3 kg/m 3 correspondiente a una conductividad eléctrica de aproximadamente 0,5 FdS/m) y un modesto suministro anual de agua de riego de 10.000 m 3 /ha. (casi 3 mm/día) aporta 3.000 kg de sal/ha cada año. La ausencia de un drenaje natural suficiente (como en los suelos anegados) y de un programa adecuado de lixiviación y drenaje para eliminar las sales conduciría a una alta salinidad del suelo y a una reducción del rendimiento de los cultivos a largo plazo.
Gran parte del agua utilizada para el riego tiene un contenido de sal superior a 0,3 g/L, lo que se ve agravado por los proyectos de riego que utilizan un suministro anual de agua mucho mayor. La caña de azúcar , por ejemplo, necesita unos 20.000 m 3 /ha de agua al año. Como resultado, las zonas irrigadas suelen recibir más de 3.000 kg/ha de sal al año, y algunas reciben hasta 10.000 kg/ha/año.
La causa secundaria de la salinización es el anegamiento de las tierras de regadío. El riego provoca cambios en el equilibrio hídrico natural de las tierras irrigadas. Las plantas no consumen grandes cantidades de agua en los proyectos de riego y deben ir a alguna parte. En proyectos de riego, es imposible lograr una eficiencia de riego del 100% cuando las plantas consumen toda el agua de riego. La máxima eficiencia de riego alcanzable es aproximadamente del 70%, pero normalmente es inferior al 60%. Esto significa que como mínimo el 30%, pero normalmente más del 40% del agua de riego no se evapora y debe ir a alguna parte.
La mayor parte del agua que se pierde de esta manera se almacena bajo tierra, lo que puede cambiar considerablemente la hidrología original de los acuíferos locales . Muchos acuíferos no pueden absorber ni transportar estas cantidades de agua, por lo que el nivel freático aumenta y provoca anegamientos.
El encharcamiento causa tres problemas:
Las condiciones de los acuíferos en tierras irrigadas y el flujo de agua subterránea tienen un papel importante en la salinización del suelo, [3] como se ilustra aquí:
Normalmente, la salinización de las tierras agrícolas afecta a una superficie considerable del 20% al 30% en proyectos de riego. Cuando se abandona la agricultura en esa fracción de la tierra, se alcanza un nuevo equilibrio de sal y agua , se alcanza un nuevo equilibrio y la situación se estabiliza.
Sólo en la India , miles de kilómetros cuadrados han sido gravemente salinizados. China y Pakistán no se quedan atrás (tal vez China tenga incluso más tierras afectadas por la sal que India). En la siguiente tabla derivada del Mapa de Suelos del Mundo de la FAO / UNESCO se muestra una distribución regional de los 3.230.000 km 2 de tierra salina en todo el mundo. [4]
Aunque los principios de los procesos de salinización son bastante fáciles de entender, es más difícil explicar por qué ciertas partes de la tierra sufren los problemas y otras no, o predecir con precisión qué parte de la tierra será víctima. La razón principal de esto es la variación de las condiciones naturales en el tiempo y el espacio, la distribución generalmente desigual del agua de riego y los cambios estacionales o anuales de las prácticas agrícolas . Sólo en terrenos con topografía ondulada la predicción es sencilla: las zonas depresiones serán las que más se degradarán.
La preparación de balances de sal y agua [3] para subáreas distinguibles en el proyecto de riego , o el uso de modelos de agrohidrosalinidad, [5] pueden ser útiles para explicar o predecir el alcance y la gravedad de los problemas.
La salinidad del suelo se mide como la concentración de sal de la solución del suelo en términos de g/L o la conductividad eléctrica (CE) en dS/m . La relación entre estas dos unidades es aproximadamente 5/3: yg/L => 5y/3 dS/m. El agua de mar puede tener una concentración de sal de 30 g/L (3%) y una CE de 50 dS/m.
El estándar para la determinación de la salinidad del suelo proviene de un extracto de una pasta saturada del suelo, y la CE se escribe entonces como CEe. El extracto se obtiene por centrifugación . La salinidad se puede medir más fácilmente, sin centrifugación, en una mezcla de agua:suelo 2:1 o 5:1 (en términos de g de agua por g de suelo seco) que a partir de una pasta saturada. La relación entre ECe y EC 2:1 es aproximadamente 4, por lo tanto: ECe = 4EC 1:2 . [8]
Los suelos se consideran salinos cuando la CEe > 4. [9] Cuando 4 < CEe < 8, el suelo se llama ligeramente salino, cuando 8 < CEe < 16 se llama (moderadamente) salino, y cuando CEe > 16 severamente salino.
Los cultivos sensibles ya pierden su vigor en suelos ligeramente salinos; la mayoría de los cultivos se ven afectados negativamente por los suelos (moderadamente) salinos, y sólo los cultivos resistentes a la salinidad prosperan en suelos muy salinos. La Universidad de Wyoming [10] y el Gobierno de Alberta [11] informan datos sobre la tolerancia de las plantas a la sal.
El drenaje es el método principal para controlar la salinidad del suelo. El sistema debe permitir que una pequeña fracción del agua de riego (alrededor del 10 al 20 por ciento, la fracción de drenaje o lixiviación) sea drenada y descargada fuera del proyecto de riego. [12]
En zonas irrigadas donde la salinidad es estable, la concentración de sal en el agua de drenaje es normalmente de 5 a 10 veces mayor que la del agua de riego. La exportación de sal coincide con la importación de sal y la sal no se acumulará.
Al recuperar suelos ya salinizados, la concentración de sal en el agua de drenaje será inicialmente mucho mayor que la del agua de riego (por ejemplo, 50 veces mayor). La exportación de sal superará con creces la importación de sal, de modo que con la misma fracción de drenaje se produce una rápida desalinización. Después de uno o dos años, la salinidad del suelo ha disminuido tanto que la salinidad del agua de drenaje ha bajado a un valor normal y se alcanza un nuevo equilibrio favorable.
En regiones con estaciones secas y húmedas pronunciadas , el sistema de drenaje puede funcionar únicamente durante la estación húmeda y cerrarse durante la estación seca. Esta práctica de drenaje controlado o controlado ahorra agua de riego.
La descarga de agua salada de drenaje puede plantear problemas ambientales en las zonas aguas abajo. Los peligros medioambientales deben considerarse muy cuidadosamente y, si es necesario, deben tomarse medidas de mitigación. Si es posible, el drenaje debe limitarse únicamente a las estaciones húmedas, cuando el efluente salado causa el menor daño.
El drenaje de la tierra para el control de la salinidad del suelo suele realizarse mediante un sistema de drenaje horizontal (figura de la izquierda), pero también se emplean sistemas verticales (figura de la derecha).
El sistema de drenaje diseñado para evacuar el agua salada también reduce el nivel freático . Para reducir el coste del sistema, la bajada debe reducirse al mínimo. El nivel más alto permitido del nivel freático (o la profundidad mínima permitida) depende de las prácticas agrícolas y de riego y del tipo de cultivos.
En muchos casos, una profundidad media estacional del nivel freático de 0,6 a 0,8 m es suficiente. Esto significa que el nivel freático puede ocasionalmente ser inferior a 0,6 m (digamos 0,2 m justo después de un riego o una tormenta). Esto implica automáticamente que, en otras ocasiones, el nivel freático tendrá una profundidad superior a 0,8 m (digamos 1,2 m). La fluctuación del nivel freático ayuda en la función respiratoria del suelo mientras se promueve la expulsión del dióxido de carbono (CO 2 ) producido por las raíces de las plantas y la inhalación de oxígeno fresco (O 2 ).
El establecimiento de un nivel freático no demasiado profundo ofrece la ventaja adicional de que se desaconseja el riego excesivo del campo, ya que el rendimiento de los cultivos se vería afectado negativamente por el nivel freático elevado resultante, y se puede ahorrar agua de riego.
Las declaraciones hechas anteriormente sobre la profundidad óptima del nivel freático son muy generales, porque en algunos casos el nivel freático requerido puede ser aún menos profundo que el indicado (por ejemplo en los arrozales), mientras que en otros casos debe ser considerablemente más profundo (por ejemplo en algunos huertos ). El establecimiento de la profundidad óptima del nivel freático pertenece al ámbito de los criterios de drenaje agrícola . [13]
La zona vadosa del suelo debajo de la superficie del suelo y el nivel freático está sujeta a cuatro factores hidrológicos principales de entrada y salida: [3]
En estado estacionario (es decir, la cantidad de agua almacenada en la zona no saturada no cambia a largo plazo), el balance hídrico de la zona no saturada es: Entrada = Salida, por lo tanto:
y el balance de sal es
donde Ci es la concentración de sal del agua de riego, Cc es la concentración de sal del ascenso capilar, igual a la concentración de sal de la parte superior del cuerpo de agua subterránea, Fc es la fracción de la evaporación total transpirada por las plantas, Ce es la concentración de sal del agua absorbida por las raíces de las plantas, Cp es la concentración de sal del agua de percolación y Ss es el aumento del almacenamiento de sal en el suelo no saturado. Esto supone que la lluvia no contiene sales. Sólo a lo largo de la costa esto puede no ser cierto. Además se supone que no se produce escorrentía ni drenaje superficial. La cantidad de eliminado por las plantas (Evap.Fc.Ce) suele ser insignificante: Evap.Fc.Ce = 0
La concentración de sal Cp se puede tomar como parte de la concentración de sal del suelo en la zona no saturada (Cu) dando: Cp = Le.Cu, donde Le es la eficiencia de lixiviación . La eficiencia de lixiviación suele ser del orden de 0,7 a 0,8, [14] pero en suelos arcillosos pesados y mal estructurados puede ser menor. En el pólder de Leziria Grande, en el delta del río Tajo en Portugal , se encontró que la eficiencia de lixiviación era sólo de 0,15. [15]
Suponiendo que se desea evitar la salinidad del suelo para aumentar y mantener la salinidad del suelo Cu en un nivel deseado Cd tenemos:
Ss = 0, Cu = Cd y Cp = Le.Cd. Por tanto, el balance de sal se puede simplificar a:
Al establecer la cantidad de agua de percolación necesaria para cumplir este equilibrio salino igual a Lr (el requisito de lixiviación ), se encuentra que:
Sustituyendo aquí Irr = Evap + Perc - Lluvia - Cap y reorganizando se obtiene:
Con esto también se pueden calcular los requisitos de riego y drenaje para el control de la salinidad.
En proyectos de riego en zonas y climas (semi)áridos es importante comprobar los requisitos de lixiviación, por lo que se debe tener en cuenta la eficiencia del riego del campo (que indica la fracción de agua de riego que se filtra al subsuelo).
El nivel deseado de salinidad del suelo Cd depende de la tolerancia del cultivo a la sal. La Universidad de Wyoming, [10] EE.UU., y el Gobierno de Alberta, [11] Canadá, informan datos de tolerancia de los cultivos.
En tierras irrigadas con escasos recursos hídricos que sufren problemas de drenaje (nivel freático alto) y salinidad del suelo, a veces se practica el cultivo en franjas con franjas de tierra donde se riega una franja sí y otra no, mientras que las franjas intermedias se dejan permanentemente en barbecho . [dieciséis]
Debido a la aplicación de agua en las franjas de regadío, tienen un nivel freático más alto que induce el flujo de agua subterránea a las franjas de secano. Este flujo funciona como drenaje subterráneo para las franjas irrigadas, por lo que el nivel freático se mantiene a una profundidad no demasiado baja, es posible la lixiviación del suelo y la salinidad del suelo se puede controlar a un nivel aceptablemente bajo.
En las franjas de secano (sacrificio) el suelo está seco y el agua subterránea sube por capilaridad y se evapora dejando las sales, de modo que aquí el suelo se saliniza. Sin embargo, pueden tener algún uso para la ganadería , sembrando pastos o malezas resistentes a la salinidad . Además, se pueden plantar árboles útiles resistentes a la sal como Casuarina , Eucalyptus o Atriplex , teniendo en cuenta que los árboles tienen sistemas de raíces profundas y la salinidad del subsuelo húmedo es menor que la de la capa superior del suelo . De esta manera se puede controlar la erosión eólica . Las franjas de secano también se pueden utilizar para la recolección de sal . [ cita necesaria ]
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La mayoría de los modelos informáticos disponibles para el transporte de agua y solutos en el suelo (por ejemplo, SWAP, [17] DrainMod-S, [18] UnSatChem, [19] e Hydrus [20] ) se basan en la ecuación diferencial de Richard para el movimiento de agua en suelo no saturado en combinación con la ecuación diferencial de convección-difusión de Fick para la advección y dispersión de sales.
Los modelos requieren información sobre las características del suelo, como las relaciones entre el contenido variable de humedad del suelo insaturado , la tensión hídrica, la curva de retención de agua , la conductividad hidráulica insaturada , la dispersidad y la difusividad . Estas relaciones varían en gran medida de un lugar a otro y de una época a otra y no son fáciles de medir. Además, los modelos son difíciles de calibrar en las condiciones de campo de los agricultores porque la salinidad del suelo aquí es espacialmente muy variable. Los modelos utilizan pasos de tiempo cortos y necesitan al menos una base de datos de fenómenos hidrológicos diaria, si no horaria . En conjunto, esto hace que la aplicación del modelo a un proyecto bastante grande sea tarea de un equipo de especialistas con amplias instalaciones.
También están disponibles modelos más simples, como SaltMod , [5] basados en balances mensuales o estacionales de agua y suelo y una función empírica de ascenso capilar. Son útiles para predicciones de salinidad a largo plazo en relación con las prácticas de riego y drenaje .
LeachMod, [21] [22] utilizando los principios de SaltMod, ayuda a analizar experimentos de lixiviación en los que se monitoreó la salinidad del suelo en varias capas de la zona de raíces, mientras que el modelo optimizará el valor de la eficiencia de lixiviación de cada capa para obtener un ajuste. de lo observado con valores simulados de salinidad del suelo.
Las variaciones espaciales debidas a variaciones en la topografía se pueden simular y predecir utilizando modelos de salinidad y aguas subterráneas , como SahysMod .