El control de la salinidad del suelo se refiere al control del proceso y el progreso de la salinidad del suelo para evitar su degradación por salinización y la recuperación de suelos ya salados (salinos). La recuperación del suelo también se conoce como mejora, rehabilitación, remediación , recuperación o mejoramiento del suelo .
La principal causa antropogénica de la salinización es el riego . El agua de los ríos o del subsuelo que se utiliza para el riego contiene sales que permanecen en el suelo después de que el agua se haya 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 al suelo, de modo que se drene y descargue a través de un sistema de drenaje adecuado . La concentración de sal del agua de drenaje es normalmente de 5 a 10 veces mayor que la del agua de riego, lo que significa que la exportación de sal será más parecida a la importación de sal y no se acumulará.
Los suelos salinos tienen un alto contenido de sal . La sal predominante es normalmente el cloruro de sodio (NaCl, "sal de mesa"). Por lo tanto, los suelos salinos también son suelos sódicos , pero puede haber suelos sódicos que no sean salinos, sino alcalinos .
Este daño es un promedio de 2.000 hectáreas de tierras irrigadas en zonas áridas y semiáridas diariamente durante más de 20 años en 75 países (cada semana el mundo pierde un área más grande que Manhattan)... Para alimentar a los nueve mil millones de personas que se prevé que habrá en el mundo en 2050, y con poca tierra productiva nueva disponible, es necesario disponer de todas las tierras necesarias. — autor principal Manzoor Qadir, Director Adjunto de Agua y Desarrollo Humano en el Instituto de Agua, Medio Ambiente y 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), lo que representa el 20% de las tierras irrigadas del mundo, están afectadas, frente a los 45 millones de ha (170 mil millas cuadradas; 110 millones de acres) a principios de la década de 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 en regiones áridas y semiáridas , lo que resulta en una producción agrícola escasa o deficiente. [2] Las causas de los suelos salinos a menudo se asocian con niveles freáticos altos , que son causados por una falta de drenaje subterráneo natural hacia el subsuelo. El drenaje subterráneo deficiente puede deberse a una capacidad de transporte insuficiente del acuífero o a que el agua no puede salir del acuífero, por ejemplo, si el acuífero está situado en una depresión topográfica .
En todo el mundo, el principal factor que contribuye al 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 se debe principalmente a la sal presente en el agua de riego. Toda agua de riego procedente 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 que el agua de riego tiene una baja concentración de sal de 0,3 g/L (equivalente 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), se obtienen 3.000 kg de sal/ha cada año. En ausencia de un drenaje natural suficiente (como en los suelos anegados) y de un programa adecuado de lixiviación y drenaje para eliminar las sales, esto conduciría a una alta salinidad del suelo y a una reducción de los rendimientos de los cultivos a largo plazo.
Gran parte del agua utilizada para riego tiene un contenido de sal superior a 0,3 g/L, a lo que se suma el hecho de que los proyectos de riego 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 de regadío. Grandes cantidades de agua en los proyectos de riego no son consumidas por las plantas y deben ir a alguna parte. En los proyectos de riego, es imposible lograr una eficiencia de riego del 100% cuando toda el agua de riego es consumida por las plantas. La eficiencia de riego máxima alcanzable es de alrededor del 70%, pero por lo general es inferior al 60%. Esto significa que un mínimo del 30%, pero por lo general 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 provoca tres problemas:
Las condiciones de los acuíferos en tierras de regadío 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 los proyectos de riego. Cuando se abandona la agricultura en esa fracción de tierra, se logra un nuevo equilibrio de sal y agua y la situación se estabiliza.
Sólo en la India , miles de kilómetros cuadrados han sido gravemente salinizados. China y Pakistán no se quedan atrás (quizás China tenga incluso más tierras afectadas por la sal que la India). En la siguiente tabla, derivada del Mapa Mundial de Suelos de la FAO / UNESCO, se muestra una distribución regional de los 3.230.000 km2 de tierras salinas 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 del terreno sufren los problemas y otras no, o predecir con precisión qué parte del terreno 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 tierras con topografía ondulada la predicción es sencilla: las áreas de depresión serán las que más se degradarán.
La preparación de balances de sal y agua [3] para subáreas diferenciables en el proyecto de riego , o el uso de modelos de agrohidrosalinidad [5] , pueden ser útiles para explicar o predecir la extensión y 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 conductividad eléctrica (CE) en dS/m . La relación entre estas dos unidades es de 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 es a partir 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 CEe y CE 2:1 es de aproximadamente 4, por lo tanto: CEe = 4 CE 1:2 . [8]
Los suelos se consideran salinos cuando la ECe > 4. [9] Cuando 4 < ECe < 8, el suelo se llama ligeramente salino, cuando 8 < ECe < 16 se llama (moderadamente) salino, y cuando ECe > 16 se llama severamente salino.
Los cultivos sensibles pierden su vigor ya en suelos ligeramente salinos; la mayoría de los cultivos se ven afectados negativamente por suelos (moderadamente) salinos, y sólo los cultivos resistentes a la salinidad prosperan en suelos severamente salinos. La Universidad de Wyoming [10] y el Gobierno de Alberta [11] informan sobre 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 (aproximadamente entre el 10 y el 20 por ciento, la fracción de drenaje o lixiviación) se drene y se descargue fuera del proyecto de riego. [12]
En las zonas irrigadas donde la salinidad es estable, la concentración de sal del 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 ésta no se acumula.
En el caso de la recuperación de suelos ya salinizados, la concentración de sal en el agua de drenaje será al principio 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 producirá una rápida desalinización. Después de uno o dos años, la salinidad del suelo habrá disminuido tanto que la salinidad del agua de drenaje habrá descendido a un valor normal y se alcanzará un nuevo equilibrio favorable.
En regiones con estaciones secas y húmedas pronunciadas , el sistema de drenaje puede funcionar solo en la estación húmeda y cerrarse durante la estación seca. Esta práctica de drenaje controlado permite ahorrar agua de riego.
El vertido de aguas saladas puede plantear problemas ambientales a las zonas situadas aguas abajo. Es necesario estudiar con sumo cuidado los riesgos ambientales y, en caso necesario, adoptar medidas de mitigación. De ser posible, el vertido debe limitarse a las estaciones húmedas, cuando el vertido salado causa menos daños.
El drenaje de la tierra para controlar la salinidad del suelo se realiza generalmente 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 costo del sistema, el descenso 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, en ocasiones, el nivel freático puede ser inferior a 0,6 m (por ejemplo, 0,2 m justo después de un riego o una tormenta de lluvia). Esto implica automáticamente que, en otras ocasiones, el nivel freático será más profundo que 0,8 m (por ejemplo, 1,2 m). La fluctuación del nivel freático ayuda a la función respiratoria del suelo, al tiempo que se promueve la expulsión de 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 desalienta el riego excesivo del campo, ya que el rendimiento del cultivo se vería afectado negativamente por el nivel freático elevado resultante y se puede ahorrar agua de riego.
Las afirmaciones anteriores sobre la profundidad óptima del nivel freático son muy generales, ya que en algunos casos el nivel freático requerido puede ser aún más superficial 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 se encuentra en el 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 estable (es decir, la cantidad de agua almacenada en la zona no saturada no cambia en el largo plazo), el balance hídrico de la zona no saturada se lee: 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. Esto puede no ser cierto solo a lo largo de la costa. Además, se supone que no se produce escorrentía ni drenaje superficial. La cantidad de agua eliminada por las plantas (Evap.Fc.Ce) suele ser insignificante: Evap.Fc.Ce = 0
La concentración de sal Cp puede tomarse 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 a menudo es del orden de 0,7 a 0,8, [14] pero en suelos arcillosos pesados y mal estructurados puede ser menor. En el pólder Leziria Grande en el delta del río Tajo en Portugal se encontró que la eficiencia de lixiviación era solo de 0,15. [15]
Suponiendo que uno 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 lo tanto, el balance de sal se puede simplificar a:
Estableciendo la cantidad de agua de percolación necesaria para cumplir con este balance de sal igual a Lr (el requerimiento de lixiviación ), se encuentra que:
Sustituyendo aquí Irr = Evap + Perc − Lluvia − Cap y reordenando obtenemos:
Con esto también se pueden calcular los requerimientos de riego y drenaje para el control de la salinidad.
En proyectos de riego en zonas y climas (semi)áridos es importante verificar el requerimiento de lixiviación, para lo cual se debe tomar en cuenta la eficiencia de 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 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 en las que cada franja de por medio se riega mientras que las franjas intermedias se dejan permanentemente en barbecho . [16]
Debido a la aplicación de agua en las franjas irrigadas, estas tienen un nivel freático más alto , lo que induce el flujo de agua subterránea hacia 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 superficial, es posible la lixiviación del suelo y se puede controlar la salinidad del suelo a un nivel aceptablemente bajo.
En las franjas de secano (de sacrificio) el suelo está seco y el agua subterránea sube por capilaridad y se evapora dejando atrás las sales, por lo que aquí el suelo se saliniza. Sin embargo, pueden tener algún uso para el ganado , 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 . De esta manera se puede controlar la erosión eólica . Las franjas de secano también se pueden utilizar para la recolección de sal . [ cita requerida ]
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La mayoría de los modelos computacionales 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 del 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 la entrada de características del suelo como las relaciones entre el contenido variable de humedad no saturada del suelo , la tensión hídrica, la curva de retención de agua , la conductividad hidráulica no saturada , la dispersividad y la difusividad . Estas relaciones varían mucho de un lugar a otro y de un momento a otro y no son fáciles de medir. Además, los modelos son complicados de calibrar en las condiciones de campo de los agricultores porque la salinidad del suelo aquí es muy variable espacialmente. Los modelos utilizan pasos de tiempo cortos y necesitan al menos una base de datos diaria, si no horaria, de fenómenos hidrológicos . En conjunto, esto hace que la aplicación del modelo a un proyecto bastante grande sea el trabajo de un equipo de especialistas con amplias instalaciones.
También existen 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 realizar predicciones de salinidad a largo plazo en relación con las prácticas de riego y drenaje .
LeachMod, [21] [22] El uso de 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 la raíz, mientras que el modelo optimizará el valor de la eficiencia de lixiviación de cada capa de modo que se obtenga un ajuste de lo observado con los valores de salinidad del suelo simulados.
Las variaciones espaciales debidas a variaciones en la topografía se pueden simular y predecir utilizando modelos de salinidad y aguas subterráneas , como SahysMod .