10.1. erosión hídrica del suelo

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10.1. Erosión hídrica del suelo

Factores y procesos de la erosión hídricaPIM en Ecología y Edafología (Módulo de Edafología)

Grado en Biología, Facultad de Biología (Universidad de Sevilla)

Antonio Jordán, Lorena M. ZavalaDpto. de Cristalografía, Mineralogía y Química Agrícola

Concepto de erosión de suelo

La erosión del suelo es un proceso con dos fases: Desprendimiento de partículas individuales de la masa

de suelo.

Transporte por los agentes erosivos (agua y viento).

Cuando la energía de estos agentes no es suficiente, se produce la deposición de sedimentos.

RPC Morgan (1997)

Suelo no degradado44.01%

Ligera17.55%

Moderada26.97%

Fuerte11.11%

Extrema0.36%

Suelo afectado por erosión hídrica en el mundo

Suelo no degradado Ligera Moderada Fuerte Extrema

¿Qué ocurre si no hay erosión?

Tiempo transcurrido bajo condiciones estables

Roca Alteracion físicaAlteración

química

Intensa alteración química,

migración de sustancias y

actividad

biológica

Pérdida de coloides y nutrientes

Sustrato arenoso estéril

La erosión como factor natural

Suelos poco desarrolladosPendiente elevadaInfiltración escasa

Erosión intensa

Suelos de desarrollo moderadoPendiente moderadaInfiltración moderada

Erosión moderada

Suelos desarrollados y fértilesPendiente baja

Infiltración elevadaErosión inapreciable

Escorrentía

Zona saturada

La erosión como factor natural

Profundización

Superficie inicial

Superficie final

Suelo progresivamente rejuvenecido

Para un suelo bien conservado, la erosión tolerable está en torno

a 100 g m-2 año-1

Erosión

Formación de suelo

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Erosión natural (P.N. Los Alcornocales), Antonio Jordán / Imaggeo Paisaje erosionado (Fuerteventura), Antonio Jordán / Imaggeo

Erosión acelerada (P.N. Los Alcornocales), Antonio Jordán / Imaggeo Erosión acelerada (Rota, Cádiz), Antonio Jordán / Imaggeo

Erosión acelerada (Valencia), Antonio Jordán Erosión acelerada (Setenil, Cádiz), Antonio Jordán / Imaggeo

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Erosión acelerada (Espartinas, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo

0

50

100

150

200

250

300

350

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

PR

OD

UC

CIÓ

N D

E SE

DIM

ENTO

S (t

km

2a-1

)

PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL EFECTIVA (mm)

Relaciones entre la producción de sedimentos y la precipitación media anual y la escorrentía media anual, a partir de Morgan (1997)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 200 400 600 800 1000 1200

PR

OD

UC

CIÓ

N D

E SE

DIM

ENTO

S (m

3km

2a-1

)

ESCORRENTÍA MEDIA ANUAL (mm)

Langbeim y Schum (1958)

Douglas (1967)

E F M A M J J A S O N D

PO

RC

ENTA

JE D

EL V

ALO

R M

ÁX

IMO

(%

)

MES

Erosión Precipitación Cobertura vegetal

Ciclos estacionales de precipitación, cobertura vegetal y erosión en un clima subhúmedo, a partir de Morgan (1997)

Kirby (1980)

Factores de la erosión

Factores intrínsecos (erosionabilidad) Fuerza cortante Estructura Textura Contenido en materia

orgánica Porosidad /

conductividad hidráulica Agentes cementantes …

Factores extrínsecos (erosividad) Vegetación y uso

Cobertura vegetal Morfología y disposición de las hojas Densidad de tallos y ramas Raíces

Manejo del suelo Arado Control de malas hierbas Medidas de conservación de suelo Infraestructuras

Relieve Inclinación Forma de la ladera Longitud Microrrelieve

Clima Cantidad de precipitación Intensidad de la precipitación Concentracion de la precipitación Energía cinética

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ERO

SIÓ

N (

Mg

ha-1

)

LONGITUD (m)

Serie de suelo (USDA) Balcom (Typic Calcixerepts)

Vegetación / uso Cultivo de cebada

Forma de la ladera Uniforme

Pendiente media 20%

Longitud de la ladera 100 m

Anchura de la ladera 20 m

Estación climática Los Angeles WB City

Precipitación anual 320 mm año-1

Escorrentía anual 2.54 mm año-1

Pérdida de suelo anual 1.66 Mg ha-1 año-1

WEPP

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ERO

SIÓ

N (

Mg

ha-1

)

LONGITUD (m)

Serie de suelo (USDA) Arroyo Seco (Fluventic Haploxerolls)



Pendiente media 20%






Pérdida de suelo anual 0.28 Mg ha-1 año-1 (17%)

WEPP

Balcom Textura franca fina Permeabilidad moderadamente baja (5.08 mm h-1)

Arroyo Seco Textura francoarenosa con gravas Permeabilidad moderada (10.98 mm h-1)

Factores intrínsecos (erosionabilidad): Fuerza cortante Estructura

Textura Contenido en materia orgánica Porosidad / conductividad hidráulica Agentes cementantes

…

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4

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ERO

SIÓ

N (

Mg

ha-1

)

LONGITUD (m)


Vegetación / uso Matorral


Pendiente media 20%





Escorrentía anual 0 mm año-1 (0%)

Pérdida de suelo anual 0 Mg ha-1 año-1 (0%)

WEPPFactores extrínsecos: Vegetación y uso

Cobertura vegetal Morfología y disposición de las hojas Densidad de tallos y ramas Raíces …

Manejo del suelo Arado Control de malas hierbas Medidas de conservación de suelo Infraestructuras …

Cultivo de cebada

Matorral

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ERO

SIÓ

N (

Mg

ha-1

)

LONGITUD (m)



Forma de la ladera Convexa

Pendiente media 20%







WEPPFactores extrínsecos: Forma de la ladera Forma de la ladera Inclinación (por debajo del 3 % de

pendiente no se forma escorrentía y no hay erosión)

Longitud Microrrelieve

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ERO

SIÓ

N (

Mg

ha-1

)

LONGITUD (m)




Pendiente media 40%







WEPPFactores extrínsecos: Pendiente




Pendiente media 20%







0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

ERO

SIÓ

N (M

g h

a-1)

LONGITUD (mm)

WEPPFactores extrínsecos: Longitud de la pendiente

Por causa de la escorrentía, laintensidad de desprendimientodisminuye con la longitud de lapendiente a partir de un ciertovalor

Sin formación deregueros, la erosiónpuede disminuir enladeras con longitudmayor de 10 m

Una vez formadoslos regueros, laerosión aumentacon la longitud dela pendiente

0

50

100

150

200

250

300

350

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ERO

SIÓ

N (M

g h

a-1)

LONGITUD (mm)




Pendiente media 20%



Estación climática Strawberry Valley

Precipitación anual 1844 mm año-1 (576%)

Escorrentía anual 236.22 mm año-1 (9300%)


WEPP

Los Angeles WB City 38 precipitaciones 1 tormenta produjo 3.6 mm

Strawberry Valley 82 precipitaciones 5 tormentas sobrepasaron 80.75 mm La fusión de la nieve produjo 154.92 mm

Factores extrínsecos: Clima Cantidad de precipitación Intensidad de la precipitación Concentracion de la precipitación Energía cinética

Efecto de la cobertura vegetal

Bosques Escorrentía : 0 – 20% Infiltración: 80 – 100%

Vegetación herbácea Escorrentía : 40 – 50% Infiltración : 50 – 60%

Pequeñas infraestructuras Escorrentía : 50 – 60% Infiltración : 40 – 50%

Zonas urbanas Escorrentía: 90 – 100% Infiltración : 0 – 10%

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Erosión por impacto de

gotas

Erosión laminar

Erosión en regueros y arroyos

Erosión en cárcavas

Erosión lateral

Procesos de erosión hídrica

Erosión entre regueros

• Erosión por salpicadura

• Erosión laminar

Erosión en regueros

• Cursos de agua poco profundos (< 25 m) y efímeros

• Se forman a partir del microrrelieve, alteraciones de la cobertura o manejo del cultivo

• No impiden el laboreo


• Cursos de agua profundos (entre 25 cm y varios metros) y efímeros

Erosión por subfusión

• Red de drenaje subsuperficial que termina por colapsarse

Procesos de erosión hídricaErosión entre regueros

La erosión entre regueros actúa de manera inermitentesobre la mayoría de la superficie de las laderas.

Depende de: La humedad, estructura y compactación del suelo. La intensidad de lluvia, y la energía cinética de las gotas de

lluvia:

Energía cinética =1

2mv2

Se produce en tres fases: En suelos relativamente secos, la mayor parte de la energía se

invierte en la rotura y deformación de los agregados. Cuando el suelo está más húmedo, en el arrastre. Desprendimiento de partículas en función de las propiedades

de la superficie del suelo, la escorrentía y el encharcamiento.

Dirección del impacto de la gota de lluvia

Pequeñas gotas que

rebotan con sedimentos en

suspensión Transporte local

Gota de lluvia

Superficie plana Superficie inclinada

Trayectoria de las partículas desplazadas


Fernández-Raga et al., 2017. DOI: 10.1016/j.earscirev.2017.06.009


Los sucesivos impactos

desplazan a nuevas

partículas

El impacto de la gota de agua

desplaza a partículas del

suelo

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Chimenea de brujas (Almadén de la Plata, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo Chimenea de brujas, Antoni Girona / Imaggeo


Partículas finas en suspensión(limo y arcilla)

Partículas medias en saltación(arena)

Partículas gruesas en reptación(arena gruesa y grava)

Escorrentía

En un suelo arenoso, la saturación de los poros superficiales es muy lenta y la formación de escorrentía difícil (P.N. de Doñana), Antonio Jordán / Imaggeo

Erosión laminar (Alcalá de los Gazules), Antonio Jordán / Imaggeo

Valla nueva Valla antigua afectada por la erosión laminar

La erosión laminar ha desplazado las partículas finas y ha dejado una cobertura de piedras que estaba contenidas en la matriz del suelo (Almadén de la Plata, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo

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Suelo estructurado con hojarasca Suelo sellado

Infiltración


Las gotas y sedimentos se desplazan en todas

las direcciones

Las gotas y sedimentos se desplazan en una dirección preferente

Sello

Sellado por paso de vehículos (Guillena, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo

La erosión por salpicadura produce sellado de los poros y acelera la formación de escorrentía (Las Pajanosas, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo Sellado superficial en suelos agrícolas (Valencia), Antonio Jordán / Imaggeo

Sellado superficial en suelos agrícolas (Valencia), Antonio Jordán / Imaggeo

Procesos de erosión hídricaErosión en regueros

La erosión en regueros actúa de forma concentrada, y no está relacionada con el impacto de las gotas de lluvia.

La erosión en regueros ocurre cuando: El flujo laminar adquiere energía potencial al concentrarse

en un punto de la ladera como resultado de: El relieve. La vegetación. Las zonas de paso de animales / caminos. El cultivo.

Y/o se produce una incisión en la superficie del suelo, como consecuencia básicamente de: Energía cinética del flujo. Erosionabilidad de la superficie del suelo.

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Erosión en regueros (Tarifa, Cádiz), Antonio Jordán / Imaggeo Erosión en regueros (Tarifa, Cádiz), Antonio Jordán / Imaggeo

Los poros más superficiales empiazan a

saturarse y se encharca la superficie

Aparición de la escorrentía (erosión

laminar)

Multiplicación y crecimiento de

regueros

Inicio de la lluvia

Aparición de regueros donde la escorrentía se

concentra

Aparición de una cárcava

Crecimiento de la cárcava

Corriente efímera

A partir de R.P.C. Morgan (1997)

Rotura en la cubierta vegetal

Escarpe vertical

Retroceso del escarpe

Socavamiento

Turbulencia

Formación de una

depresión


1 2

3 4

5


A partir de R.P.C. Morgan (1997)

Escorrentía

Turbulencia

Pérdida de material

Grietas de tensión

Depósitos recientes

Retroceso

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La escorrentía subsuperficial se produce a través de canales excavados por animales, huecos de raíces o regueros colapsados.

A su vez, con el tiempo, los canales subsuperficiales acaban colapsando.

Túnel excavado

Escorrentía subsuperficial

Formación de un agujero en la

superficieColapso

Canal subsuperficial


Cárcava en un suelo cultivado arado a favor de pendiente (Arcos de la Frontera), Antonio Jordán / Imaggeo Cárcava con las paredes colapsadas (Arcos de la Frontera), Antonio Jordán / Imaggeo

Cárcavas en suelos agrícolas (Etiopía), Elise Monsieurs / Imaggeo Badlands (Huesca), Saskia Keesstra / Imaggeo Groapa Ruginoasa (Rumanía), Martin Reiser / Imaggeo Gran Cañón, Arizona (EEUU), John Clemens / Imaggeo

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Badlands en el Ejido de Atécuaro (Michoacán, México), Antonio Jordán / Imaggeo Badlands (Murcia), F. López-Bermúdez

Badlands (Perú), Kevin Norton / Imaggeo Badlands (Huesca), Artemi Cerdà / Imaggeo

Badlands (Capadocia, Turquía), Gert Verstraeten / Imaggeo Erosión en cárcavas (La Glalcha, cuenca del Souss, Marruecos), Irene Marzolff / Imaggeo

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Consecuencias de la erosión hídrica

Reducción del espesor del suelo Cambios en la textura (erosión selectiva) Disminución del contenido en materia orgánica Disminución de la conductividad hidráulica Disminución de la capacidad de retención de agua Pérdida de nutrientes Impacto sobre la calidad del agua Colmatación de masas de agua (naturales y artificiales) Dispersion de contaminantes …

Inundaciones en Málaga (2012), El País

Inundaciones en Málaga (2016), El País Inundaciones en Málaga (2017), El País



Inundaciones en Málaga (1989), Diario Sur

Inundaciones en Málaga (2006), ABC

10.1. erosión hídrica del suelo

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