EDAFOLOGÍA, Vol. 10 (3), pp. 93-101, 2003

DEGRADACIÓN DEL SUELO Y MODIFICACIÓN DE LOS PAISAJESAGRÍCOLAS POR EROSIÓN MECÁNICA (TILLAGE EROSION)

S. DE ALBA1, D. TORRI2, L. BORSELLI2, M. LINDSTROM3

1 UCM, F. CC. Geológicas, Dpto. de Geodinámica, Ciudad Universitaria s/n, 28040 Madrid,Spain. E-mail: Sdealba@geo.ucm.es.

2 CNR-IRPI, Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologic, Piazza delle Cascine 15,50144 Firenze,.

3 USDA-ARS, N.C. Soil Conservation Research Laboratory, Morris, MN 56267, USA.

Abstract. Soil redistribution due to tillage practices has been identified as an intensivesoil erosion process. The long-term effects of this intensive soil redistribution withinagricultural fields have resulted in a drastic modification of the landscapes. This paperpresents several cases of field features observed in agricultural fields of contrastedagronomical and environmental conditions in Central Spain, Tuscany (Italy) and CentralMinnesota (USA). The reported field features are presented grouped according to the natureof the effects, into the following five classes: a) Landscape levelling and smoothing; b)Spatial variability of soil properties; c) Modification of morphology of slope profiles; d)Interactions with processes of water erosion; and, e) Spatial variability of productivity.Findings of this study reveal the importance of incorporating the process of soilredistribution by tillage into comprehensive models of soil erosion and hydrological processand the need to explore subsequent interactions and synergies.

Key words: Tillage erosion, soil redistribution, field evidence, soil variability, slopesmorphology.

Resumen. La redistribución del suelo por arrastre mecánico durante las operacionesagrícolas de laboreo ha sido reconocido como un proceso per se de intensa degradación delsuelo. Los efectos acumulados por las prácticas de laboreo realizadas en el pasado han dadolugar a una drástica transformación de los paisajes agrícolas. Se presentan diversos ejemplosde evidencias de campo de los efectos de la redistribución del suelo en paisajes agrícolas decondiciones agroambientales muy contrastadas, en el centro de España, la región Toscana(Italia) y la región central de Minnesota (USA). Las evidencias son agrupadas en cinco cate-gorías: a) Erosión y nivelación del relieve; b) Variabilidad espacial del suelo, c) Modificaciónde la morfología de laderas; d) Interacción con los procesos de erosión hídrica; y, e)Aumento de la variabilidad espacial de la productividad agrícola. Los resultados revelan laimportancia de incorporar los procesos de redistribución y erosión mecánica del suelo, enmodelos integrales de erosión e hidrológicos, así como de estudiar las posibles interaccionesy sinergias entre los distintos procesos.

Palabras clave: Erosión por laboreo, redistribución de suelo, evidencias de campo,

INTRODUCCIÓN

La redistribución del suelo por arrastremecánico durante las operaciones agríco-las de laboreo ha sido reconocido como unproceso per se de intensa degradación delsuelo (erosión mecánica o erosión porlaboreo), que en último término da lugar auna profunda transformación de los paisa-jes edáficos, así como de la geomorfologíae hidrología superficial de los paisajesagrícolas (ver una recopilación en Goverset al., 1999). Los modelos empíricosactualmente disponibles en la literatura,que describen los mecanismos de redistri-bución mecánica del suelo, ponen de mani-fiesto que la mayoría de los aperos delabranza, comúnmente utilizados en muydiversas condiciones agronómicas, generantasas de movilización de suelo muy eleva-das (e.g., Lindstrom et al., 1992; Govers etal., 1999; De Alba, 2001; Torri et al.,2002). Un ejemplo es el caso del laboreocon el apero convencional de vertedera,que produce la movilización de una capacontinua de suelo de hasta 30 ó 40 cm deprofundidad (según la profundidad delaboreo) que cubre toda la superficie delcampo de cultivo. Una única pasada devertedera, a una profundidad media delaboreo de 30 cm, da lugar a la moviliza-ción de un total de 4050 toneladas de suelopor hectárea labrada (considerando unadensidad aparente del suelo de 1.35g/cm3); mientras que si la profundidad delaboreo fuera de 40 cm la cantidad total desuelo movilizado ascendería a 5400 t/ha.

Como consecuencia de la intensidaddel proceso, los efectos acumulados amedio y largo plazo han dado lugar a unadrástica transformación de la dinámicafísica y biológica del suelo tanto en el inte-rior de los campos de cultivo como a esca-la de ladera y de paisaje (Torri et al., 2002;De Alba et al., 2004). Una mejor compren-sión de las implicaciones del proceso de

redistribución del suelo requiere del análi-sis y reinterpretación de los paisajes agrí-colas actuales, con el objeto de identificary caracterizar aquellos rasgos y evidenciasde campo que hayan sido producidos comoresultado acumulado de las prácticas delaboreo realizadas en el pasado, así comopara documentar las implicaciones de talestransformaciones del paisaje sobre la mor-fología e hidrología de las laderas, proce-sos de erosión hídrica, variabilidad espa-cial de suelos, etc. En este trabajo se pre-sentan diversos ejemplos de rasgos y evi-dencias de campo presentes en paisajesactuales que revelan los efectos acumula-dos de la redistribución del suelo ocasiona-da por las prácticas agrícolas realizadas enel pasado.

MATERIAL Y MÉTODOS

A modo de propuesta de clasifica-ción, las evidencias de campo de redistri-bución y erosión mecánica del suelo sonagrupadas en las siguientes cinco catego-rías según la naturaleza de los efectosque provocan: a) Erosión y nivelacióndel relieve; b) Variabilidad espacial delsuelo; c) Modificación de la morfologíade laderas; d) Modificación e interaccióncon los procesos de erosión hídrica; y, e)Variabilidad espacial de la productividadagrícola. A continuación, se presenta unadescripción de cada tipo y se indican, encada caso, una serie de referenciasbibliográficas que ilustran de forma deta-llada los procesos y mecanismos deredistribución de suelo involucrados. Sepresentan varios casos de estudio corres-pondientes a paisajes agrícolas de condi-ciones agroambientales muy contrasta-das, de la zona central de España enCastilla-La Mancha, la región Toscana(Italia) y la región de los grandes lagosen Minnesota (Estados Unidos).

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EVIDENCIAS DE REDISTRIBUCIÓNDEL SUELO POR LAS PRÁCTICASDE LABOREO

Erosión y nivelación del relieveLa redistribución del suelo por el

laboreo produce una progresiva erosión yrebajamiento del nivel de la superficie delsuelo en las zonas de morfología convexay tramos altos de las laderas; mientras queda lugar a la deposición de material yrelleno de las zonas de morfología cónca-va y tramos bajos de las laderas (Figura 1).En sectores de ladera de perfil rectilíneotienen lugar elevadas tasas de transportede suelo pero sin que se produzcan balan-ces netos significativos de variación delnivel de la superficie del terreno; de talmodo que la capa de laboreo se comportacomo una cinta transportadora de suelo,que lo transporta desde las partes altas dela ladera a las partes bajas. La intensidad

del proceso de transporte guarda relacióndirecta con la pendiente local máxima,pero el balance final de pérdida o acumu-lación de material depende de la curvaturay morfología del terreno. Como resultadoa medio y largo plazo la redistribuciónmecánica del suelo hace que el relieve ori-ginal resulte progresivamente suavizado ynivelado (Lindstrom et al., 1992; Goverset al., 1999; De Alba, 2003). Otro rasgofácilmente reconocible en el paisaje, seproduce cuando en los campos de cultivose sitúan obstáculos que interrumpen latrayectoria de laboreo (De Alba et al.2006). Estos obstáculos, ya sean árbolesaislados o postes de tendidos eléctricos otelefónicos, modifican los patrones espa-ciales de transporte de suelo dando lugar amodificaciones de la topografía alrededorde los obstáculos, tal como se ilustra en laFigura 2.

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FIGURA 1.- Simulación de la erosión y nivelación progresivas de una ladera agrícola como resultadode la redistribución mecánica del suelo por las prácticas de laboreo. En la figura se presentan los efec-tos acumulados después de simular 50 y 100 operaciones de laboreo con el apero de vertedera, apli-cando el modelo de simulación SORET (Soil Redistribution by Tillage) (De Alba, 2003).

Variabilidad espacial del sueloLa erosión mecánica da lugar al trunca-

miento de los perfiles edáficos situados enlas hombreras y partes altas de las laderascomo resultado de la pérdida total o parcialde los horizontes superficiales del suelo(Figura 3). Lo opuesto tiene lugar en lasdepresiones y partes bajas de las laderas,donde se produce el engrosamiento y ente-rramiento de los horizontes superficialesdebido a la acumulación neta de materialsobre el perfil original (Lindstrom et al.,1992; Govers et al., 1999; Torri et al., 2002).En los sectores de ladera de morfología rec-tilínea, donde el proceso predominante es eltransporte de suelo a lo largo del horizontede laboreo, los horizontes superficiales queforman dicha capa resultan transportadosladera abajo y substituidos por material desuelo procedente de las partes altas de laladera (Figura 4). Cuando el material trans-portado procede de perfiles edáficos previa-mente truncados, y por tanto el suelo trans-portado procede de horizontes que origina-

riamente fueron subsuperficiales pero quequedaron expuestos en superficie, puede darlugar a la formación de falsos suelos trunca-dos y perfiles edáficos en los que se presen-ta secuencias invertidas de horizontes gené-ticos de suelo. (De Alba, 2000; De Alba, etal. 2004). En la Figura 4, la discontinuidadvertical en la presencia de CaCO3 en los per-files edáficos situados a media ladera, repre-senta un ejemplo de inversión de la secuen-cia de horizontes genéticos (s.l.).

Modificación de la morfología deladeras

Como patrón general el suelo es trans-portado desde las partes altas de las laderasy zonas de morfología convexa, para seracumulado en la base de las laderas y relle-nar vaguadas y depresiones localizadas en elinterior de los campos. Los bordes y lindesde los campos de cultivo representan barre-ras físicas que interrumpen el transporte delsuelo, dado que los tractores no realizan ellaboreo atravesando los límites del campo.

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FIGURA 2: Los árboles y postes de tendidos eléctricos o telefónicos representan obstáculos para larealización de las prácticas de laboreo y, por tanto, para el transporte del suelo, favoreciendo la acumu-lación de suelo a uno de los lados del obstáculo y la erosión en el opuesto. Como consecuencia, alre-dedor del obstáculo la topografía se ve fuertemente modificada (campo en la Toscana, Italia).

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FIGURA 3: Paisaje agrícola con rasgos evidentes de intensa degradación del suelo por erosión. Seobserva una presencia generalizada de suelos truncados (en la foto zonas de tonos claros debido a lapresencia en superficie de material procedente de horizontes cálcicos originariamente subsuperficiales)en las lomas y hombreras, y en general en los tramos convexos de las laderas (Santa Olalla, Castilla-La Mancha).

FIGURA 4: Variabilidad espacial de la distribución de CaCO3 en el perfil de suelo en una ladera agríco-la, en la región central de Minnesota (USA). A partir de posiciones intermedias en la ladera, se observauna discontinuidad en la distribución vertical del CaCO3 en los perfiles de suelo, en los que el horizontesuperficial de laboreo está enriquecido en CaCO3. En estos perfiles, la capa de labor está constituida pormaterial de suelo que ha sido transportado por las prácticas de laboreo desde zonas más altas en la lade-ra (De Alba et al., 2004). En el perfil inferior, la ausencia de carbonato en la el horizonte Ap indica queel suelo transportado desde las partes altas de la ladera todavía no ha alcanzado la base de ésta.

En consecuencia, el movimiento y redistri-bución del suelo quedan restringidos al inte-rior de los límites de cada campo. No obs-tante, a ambos lados de las lindes los balan-ces de pérdida o acumulación de sueloresultan ser opuestos: pérdida neta de sueloen la parte inferior del borde del campo yacumulación de suelo en la parte alta.Cuando la linde entre campos de cultivo sesitúa en posiciones intermedias en la ladera,dichos balances opuestos de pérdida o acu-mulación de suelo a ambos lados de la lindedan lugar a la rotura del perfil de ladera conla formación de un escalón o talud paraleloa la linde (Fig. 5 y 6). El número, posicióny distribución en el paisaje de las lindesentre campos determinan la intensidad y los

patrones espaciales de redistribución desuelo, así como la morfología final de losperfiles de ladera (De Alba, 2002).

Modificación e interacción con losprocesos de erosión hídrica

A partir de las simulaciones representa-das en la Figura 7, se concluye que sendosprocesos de erosión hídrica y mecánica porlaboreo presentan patrones espaciales dedegradación-agradación diferentes e inclusobalances de signo opuesto. El modelo WEPP(Water Erosion Prediction Project –Flanagany Nearing, 1995-) de erosión hídrica prediceun aumento de la erosión conforme aumentala longitud de la ladera (distancia desde ladivisoria de aguas) y la pendiente del terre-

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FIGURA 5: Formación de un talud a lo largo de una linde entre campos de cultivo situada a media lade-ra, como resultado de la distribución de suelo por las prácticas de laboreo realizadas independientemen-te en cada uno de los campos (a). La figura (b) muestra el MDT modificado después de simular con elmodelo SORET (Soil Redistribution by Tillage, De Alba, 2003) la realización de 25 secuencias de labo-reo según la dirección de la máxima pendiente alternando el sentido de la marcha en pases consecutivos.

no, alcanzando la máxima intensidad en elsector intermedio de ladera (Figura 7); mien-tras que los modelo de redistribución desuelo por laboreo, predicen pérdidas máxi-mas de suelo en las partes altas de la laderadonde la distancia a la divisoria y la pendien-te son prácticamente nulas.

Las vaguadas y depresiones interme-dias, corresponden a zonas de concentra-ción de la escorrentía superficial y, portanto, a máximos de pérdida de suelo porerosión hídrica; mientras que son zonas deacumulación neta de suelo por las operacio-nes de laboreo (De Alba, et al., 2004). Ello

pone de manifiesto la importancia de lainteracción y retroalimentación de sendosprocesos. Las prácticas de laboreo provocanel rellenado de las vaguadas y depresiones,mientras que la erosión hídrica la moviliza-ción y transporte del suelo acumulado en lasvaguadas, lo que a su vez, acentúa la topo-grafía local y favorece la acumulación desuelo por el laboreo.

Otro importante mecanismo de interac-ción entre ambos procesos es consecuenciade la intensa transformación de la topogra-fía (Fig. 1, 2, 5, 6) producida por la redistri-bución del suelo por el laboreo. Sin duda, la

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FIGURA 6: Taludes formados en las lindes entre campos de cultivo como consecuencia del efecto acu-mulado de la redistribución de suelo por el laboreo. (Izquierda: ladera en Castilla-La Mancha; derecha:ladera en la Toscana, Italia).

FIGURA 7: Variabilidad espacial de las zonas de erosión y acumulación de suelo como resultado delos procesos de a) erosión hídrica según el modelo WEPP – Water Erosion Prediction Project (Flanagany Nearing., 1995), y, b) erosión mecánica según el modelo SORET – Soil Redistribution by Tillage-(De Alba, 2003).

transformación de la topografía conlleva, asu vez, una drástica modificación de laslíneas de flujo y de drenaje superficial, asícomo de los patrones espaciales de concen-tración de escorrentía, lo que afecta a lavariabilidad espacial e intensidad de la ero-sión hídrica. Más aún, la influencia sobre laerosión hídrica es todavía mas compleja, sise tiene en cuenta los efectos que la modifi-cación de la morfología de los perfiles edá-ficos puede tener sobre el comportamientohidrológico del perfil de suelo, los flujossubsuperficiales de agua en el suelo y lavariabilidad espacial de la infiltración. Todoello revela la importancia de las interaccio-nes y sinergias potenciales entre los proce-sos de erosión hídrica y mecánica.

Variabilidad espacial de la producti-vidad agrícola

Los efectos de la redistribución del suelosobre la productividad de los campos de cul-tivo van a depender de la naturaleza y fertili-dad de los distintos horizontes del perfil desuelo, así como de su variabilidad espacial.No obstante, como tendencia general se haobservado que el aumento de la variabilidadde las propiedades del suelo ocasionado porel laboreo, a su vez, da lugar un aumento sig-nificativo de la variabilidad de la productivi-dad (Schumacher et al., 1999; Torri et al.,2002; De Alba et al., 2002).

CONCLUSIONES

La redistribución del suelo producidapor las operaciones convencionales de labo-reo representa per se un proceso de intensatransformación de los paisajes agrícolas. Losafectos acumulados a medio y largo plazodan lugar a una drástica modificación de losperfiles edáficos y de los patrones de variabi-lidad espacial de los suelos. Más aún, laredistribución el suelo por el laboreo provocauna severa modificación de la topografía ycomo consecuencia sobre la hidrología

superficial y subsuperficial de las laderas (ej.,variabilidad de la infiltración, drenaje super-ficial y subsuperficial, etrc.), así como sobrelos procesos geomorfológicos activos (ej.erosión hídrica, estabilidad de laderas, etc.).

Las evidencias de campo presentadasrevelan la importancia de incorporar los pro-cesos de redistribución y erosión mecánicadel suelo, en modelos integrales de procesosde erosión e hidrológicos, así como de estu-diar sus posibles interacciones y sinergias.La elevada intensidad del proceso revela lanecesidad de desarrollar indicadores de ries-go con objeto de predecir la extensión, inten-sidad e implicaciones de la redistribucióndel suelo en los paisajes agrícolas.

AGRADECIMIENTOS

La realización de este trabajo ha sidoposible gracias a la financiación de un con-trato de investigación del Programa Ramóny Cajal (MCyT), de una beca post-doctoralMarie Curie de la Unión Europea (HMPF-CT-2000-00706), y de la Junta de CC. deCastilla-La Mancha.

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