Edafología. Volumen 7-2. Mayo 2000. pag 67-74.
PROPIEDADES HÍDRICAS DE LOS SUELOS
DE OLIVAR MEDIANTE SIMULACIÓN DE LLUVIA.
A. IRIARTE*, M. SIMON **, I. GARCÍA **, E. BARAHONA * e I.ORTIZ **
*Estación Experimental del Zaidín, C.S.I.C., Profesor Albareda, nº 1. Granada.
** Dpto de Edafología y Química Agrícola. Facultad de Ciencias, Avda. Severo Ochoa, s/n. Granada.
BIBLIOGRAFIA
Resumen
En tres de los suelos mas representativos de la comarca olivarera de La
Loma (Jaen) llevamos a cabo un estudio de las propiedades hídricas
mediante simulación de lluvia. Las intensidades de lluvia utilizadas
estuvieron en torno a 40, 60, 80 y 100 mm h-1. Partiendo de suelo seco,
en todos los casos la tasa de infiltración decrece en función
del logaritmo del tiempo de experimentación, hasta alcanzar un valor
constante o tasa de infiltración final que puede ser diferente para
cada intensidad de lluvia. La acumulación de agua en la superficie
del suelo, textura, estructura y pedregosidad superficial, son los parámetros
que fundamentalmente regulan la tasa de infiltración final para cada
intensidad de lluvia. En los suelos laboreados, en relación a los
no laboreados, se incrementan las tasas de infiltración final pero
también se incrementa considerablemente la erosión. La pedregosidad
del suelo favorece la infiltración y reduce la erosión. La
intensidad de lluvia a la cual se inicia la escorrentía, y por tanto
la erosión, está más relacionada con la textura del
horizonte superficial que con las prácticas de laboreo.
Actualmente, en el mundo hay unos 10 millones de hectáreas
dedicadas al cultivo del olivar, el 98% de las cuales se concentran en la
cuenca Mediterránea. En España se cultivan 2,3 millones de
hectáreas de olivar, distribuidas en 33 provincias. Nuestro estudio
se centra en la comarca de La Loma, localizada aproximadamente en el centro
de la provincia de Jaén, donde se cultiva la variedad "picual".
La pluviometría de la zona es escasa e irregular, lo que junto a
la revalorización del aceite de oliva en los últimos años,
han hecho que sean cada vez mas el número de plantaciones puestas
en regadío, impulsando así la necesidad de un mejor conocimiento
de las propiedades hídricas de los suelos.
La cantidad y tipo de poros del suelo son los que regulan tanto la tasa
de infiltración como la escorrentía. La tasa de infiltración
se define como la cantidad de agua que penetra en el suelo por unidad de
área y tiempo (Richard,1952). Generalmente en el estado inicial es
alta, especialmente si el suelo está seco, y decrece progresivamente,
tendiendo asintóticamente a un valor constante (Dunin, 1976) que
se conoce como tasa de infiltración final. Son numerosas las ecuaciones
que se han propuesto para describir la evolución de la infiltración
con el tiempo (Green and Ampt, 1911; Horton, 1940; Philipp, 1954; Holtan,
1961). La variación de la razón de infiltración con
el tiempo depende del contenido en humedad inicial, textura y estructura
del suelo. En algunos casos, un descenso en la razón de infiltración
es una consecuencia de la degradación de la estructura del suelo,
especialmente en suelos que no están protegidos del impacto directo
de las gotas de lluvia, como es el caso que nos ocupa.
Generalmente, la infiltración final se considera como un valor constante
que caracteriza cada tipo de suelo y consecuentemente debe ser independiente
de la intensidad de lluvia. Sin embargo, hay muchos estudios que muestran
que la intensidad de lluvia puede afectar a la intensidad de infiltración.
(Nassif and Wilson, 1975; Johnson et al., 1980; Simón et al, 1995)
En el presente trabajo analizamos, mediante simulaciones de lluvia, las
tasas de infiltración, escorrentia y erosión en tres de los
más representativos suelos de la Comarca de La Loma (Marañés,
A. 1997), con el objetivo de contribuir a un mejor conocimiento de las propiedades
hídricas de los suelos y lograr un mejor aprovechamiento de este
bien tan escaso.
MATERIAL Y MÉTODOS
Los suelos seleccionados, según F.A.O (1998),
son un Calcisol Háplico desarrollado sobre margas (LOM-1), un Calcisol
Hipercálcico desarrollado sobre areniscas margosas (LOM-2) y un Calcisol
Epipétrico desarrollado sobre antiguos glacis (LOM-3). Las caracteristicas
morfológicas y analíticas de estos suelos están en la Tabla
1. La descripción macromorfológica se ha realizado según
la FAO (1977). Los métodos analíticos utilizados han sido: carbonato
cálcico equivalente, según Barahona et al. (1984); textura por
el método de la pipeta de Robinson (Soil Conservation Service, 1972).
En LOM-2 y LOM-3 los suelos estaban sometidos al laboreo tradicional, mientras
que en LOM-1 existen parcelas con laboreo tradicional (LOM-1A) y otras en
las que hace 4 años que no se laboreaban (LOM-1B). En cada uno de
estos cuatro suelos se realizaron experiencias de simulación de lluvia
con intensidades aproximadas de 40, 60, 80 y 100 mm h-1. El simulador utilizado
consta básicamente de una placa de goteros de 50 cm de lado, con
una densidad de 4900 goteros por m2. La placa reposa sobre un soporte telescópico
de hierro, cerrado por sus cuatro laterales con un plástico transparente
semirrígido para proteger la lluvia del viento, el cual se nivela
mediante una estructura metálica en forma de trípode. La lluvia
se simula aportando un caudal constante de agua desionizada a la placa de
goteros con una bomba peristáltica, conectada a un generador portátil
y regulada mediante un microprocesador que permite simular la intensidad
de precipitación exacta que se desee. El agua de escorrentía
se recoge en una bandeja triangular fijada al suelo a unos 2 cm de profundidad.
La fijación se realiza mediante una resina saran, que es hidrófoba.
Así la perturbación de la microtopografía es mínima
(Simon y col. 1998)
En cada experiencia, la escorrentía se mide desde el momento de su
inicio y posteriormente a intervalos de 5 minutos. Su intensidad se calcula
en función del tiempo de llenado de un frasco de 150 cm3, estimandose
la tasa de infiltración por la diferencia entre la intensidad de
lluvia aplicada y la tasa de escorrentía. La experiencia se mantiene
hasta que la escorrentía alcanza un valor constante durante al menos
tres medidas sucesivas. A lo largo de las experiencias se fueron recogiendo
muestras de agua de escorrentía, en las que se determinó la
cantidad de material en suspensión a fin de estimar la tasa de erosión.
En cada parcela, estas experiencias se repitieron 5 veces.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Tasa de infiltración en función del tiempo
Para estimar la tasa de infiltración en función
del tiempo de experimentación, en las cuatro zonas estudiadas partimos
de suelo seco y aplicamos una intensidad de lluvia de unos 45 mm h-1. Los resultados
(Fig.1) ponen de manifiesto que en todos los casos la tasa
de infiltración del suelo disminuye en función del tiempo de experimentación,
hasta alcanzar un valor estable o tasa de infiltración final en
torno a la hora de iniciada la experiencia. Este comportamiento puede ser atribuido,
como ya se indico anteriormente, a la disminución de la succión
del suelo conforme se incrementa su humectación y a la destrucción
de la estructura superficial por el efecto del impacto directo de la gota de
lluvia sobre estos suelos desprovistos de vegetación. En los suelos laboreados,
la tasa de infiltración suele disminuir irregularmente (Fig.1) debido
a la rugosidad del terreno, formandose pequeñas pozas de agua que se
rompen esporádicamente (especialmente en los suelos LOM-1A y LOM-2);
mientras que en el suelo no laboreado (LOM-1B), donde las pequeñas pozas
que se forman son mas estables y no se rompen, y en el suelo LOM-3, donde apenas
se aprecia la formación de pozas, esta disminución es mucho mas
regular.
En todos los casos, la tasa de infiltración (i) en mm h-1
disminuye en función del logaritmo del tiempo de experimentación
(t) en minutos, ajustandose a las siguientes ecuaciones:
LOM-1A i = 121.1 - 54.4 log t r = 0.977 (1)
LOM-1B i = 65.2 - 30.9 log t r = 0.986 (2)
LOM-2 i = 80.3 - 35.9 log t r = 0.979 (3)
LOM-3 i = 56.8 - 20.1 log t r = 0.965 (4)
Las mayores tasas de infiltración parciales las presenta el suelo
LOM-1A desarrollado sobre margas de textura muy fina (limo + arcilla >90%),
lo que indica la alta tasa de succión de este suelo en estado seco
o semiseco, consecuencia de su elevada proporción de poros finos;
por el contrario, esta fina porosidad determina que su tasa infiltración
final (medida cuando el suelo está ya en estado humedo) sea la menor
de los suelos laboreados. La comparación de los suelos LOM-1A y LOM-1B,
revela que en los suelos no laboreados decrecen considerablemente tanto
las tasas de infiltración parciales como la final. La mayor tasa
de infiltración final la presenta el suelo desarrollado sobre costra
calcárea que aporta al suelo un elevado contenido en grava (LOM-3).
Tasa de infiltración final e intensidad de lluvia
A excepción de LOM-3, la tasa de infiltración final de los
suelos (if) se incrementa en función de la intensidad de la
lluvia (I), ambas estimadas en mm h-1, ajustandose a las siguientes
ecuaciones:
LOM-1A if = -10.2 + 0.78 I - 3.92 I2 r2 = 0.999 (5)
LOM-1B if = 1.4 + 0.32 I - 1.54 I2 r2 = 0.999 (6)
LOM-2 if = 12.9 + 0.15 I r2 = 0.999 (7)
Un hecho que podría explicar este comportamiento sería la
formación de las pozas de agua en la superficie de los suelos, ya
mencionadas anteriormente, cuyo número y contenido en agua se incrementa
al aumentar la intensidad de lluvia. En estas pozas, la presión hidrostática
del agua acumulada, que sería tanto mayor cuanto mayor fuese la cantidad
de agua acumulada, incrementaría la tasa de infiltración.
En el caso del suelo LOM 3, donde apenas se apreció la formación
de pozas de agua, la tasa de infiltración permenece constante con
la intensidad de lluvia.
En los suelos desarrollados sobre margas (LOM-1A y LOM-1B), el incremento de
la tasa de infiltración final en función de la intensidad de lluvia
es mayor en el suelo laboreado debido a un mayor desarrollo de las pozas de
agua, pero en ambos casos describe una parábola en la que el incremento
de la tasa de infiltración es proporcionalmente inferior al incremento
en la intensidad de lluvia (Fig.2). Este comportamiento parece indicar que el aumento
en la tasa de infiltración se ve en parte contrarrestado por una mayor
destrucción de la estructura del suelo al aumentar la intensidad de lluvia.
Las partículas finas arrancadas de la estructura, tanto más abundantes
cuanto mayor fuese la energía cinética de la lluvia (directamente
relacionada con la intensidad), sellarían parcialmente la porosidad interpedal
y disminuirían la tasa de infiltración del suelo. En el suelo
LOM-2, este efecto no se aprecia (relación lineal entre la tasa de infiltración
y la intensidad de lluvia) debido probablemente a la textura más gruesa
del suelo, de forma que el mayor tamaño de las partículas arrancadas
de la estructura tendrían un menor efecto en el sellado de los poros
interpedales.
Un parámetro interesante de conocer sería la intensidad de
lluvia crítica (Simón et al. 1998); es decir, la intensidad
de lluvia a partir de la cual se inicia la escorrentía. Con este
fin establecimos las correlaciones entre la escorrentía (e)
y la intensidad de lluvia (I) en cada suelo, ambas en mm h-1, obteniendo
las siguientes ecuaciones:
LOM-1A e = -7.8 + 0.76 I r2 = 0.999 (8)
LOM-1B e = -8.7 + 0.89 I r2 = 0.999 (9)
LOM-2 e = -12.9 + 0.85 I r2 = 0.999 (10)
LOM-3 e = -22.8 + 1.00 I r2 = 0.999 (11)
a partir de las cuales se puede estimar la intensidad de lluvia para un
valor cero de escorrentía o intensidad de lluvia crítica.
El valor más alto lo presenta el suelo LOM-3 desarrollado sobre costra
caliza (22.8 mm h-1), probablemente debido a su elevado contenido en grava;
el suelo LOM-2, de textura equilibrada, presenta un valor intermedio (15.2
mm h-1); mientras que los suelos de fina textura (LOM-1A y LOM-1B) presentan
los menores valores que, por otra parte, son muy similares entre sí
(10.3 y 9.8 respectivamente). Estos resultados apuntan a que la textura
del suelo tiene un efecto más marcado en el valor de la intensidad
de lluvia crítica que el laboreo.
Escorrentía y erosión
Como ya mencionamos, el impacto de las gotas de lluvia
rompen la estructura y las partículas elementales arrancadas son transportadas
por el agua de escorrentía, provocando la erosión. Dado que la
escorrentía se incrementa al aumentar la intensidad de lluvia (ecuaciones
8 a 11), también lo hace la tasa de erosión del suelo. No obstante,
a este efecto hay que sumar la mayor destrucción de la estructura como
consecuencia del mayor número de impactos, de ahí que en todos
los casos el incremento en la erosión sea proporcionalmente superior
al de la escorrentía (Fig.3).
Las mayores tasas de erosión se dan en el suelo laboreado de textura
fina (LOM-1A), sobre todo a intensidades de lluvia superiores a 35 mm h-1;
mientras que por debajo de esta intensidad es el suelo de textura franca
(LOM-2) el que presenta mayores tasas de infiltración. Este comportamiento
parece indicar que la estructura de los suelos de textura fina (margas)
es más resistente al impacto de las gotas de lluvia de intensidad
inferior a 35 mm h-1 (en las condiciones de experimentación) que
aquella de los suelos de textura equilibrida; no obstante, bajo lluvias
más intensas su estructura se destruye a un ritmo superior a la de
los suelos equilibrados y la erosión se incrementa considerablemente.
El suelo de textura fina no laboreado (LOM-1B) presenta unas tasas de rosión
muy inferiores a las del suelo laboreado (LOM-1A), especialmente a altas
intensidades de lluvia, lo cual hay que atribuir a la compactación
de la superficie del primero, con formación de gruesas estructuras
de 8-14 cm de anchura y 10-18 cm de profundidad, separadas por grietas de
0.4-1.2 cm de anchura, que resisten relativamente bien el impacto de las
gotas de lluvia; de forma que, si bien la escorrentía en estos suelos
es la más alta de todos los estudiados (ecuaciones 8 a 11), la estabilidad
de la estructura superficial hace que sea uno de los que presentan menor
erosión. Las menores tasas de erosión se producen en el suelo
desarrollado sobre costra caliza (LOM-3), lo cual se puede atribuir tanto
a sus mayores tasas de infiltración y menores tasas de escorrentía
(sobre todo a intensidades de lluvia inferiores a 60 mm h-1), como a la
pedregosidad superficial que proteje al suelo del impacto directo de las
gotas de lluvia.
CONCLUSIONES
Partiendo de suelo seco, la tasa de infiltración
tiende a decrecer en función del logaritmo del tiempo de duración
de la lluvia, hasta alcanzar un valor constante o tasa de infiltración
final. La tasa de infiltración final puede no ser un parámetro
constante del suelo, incrementandose generalmente con la intensidad de lluvia.
La acumulación de agua en la superficie del suelo, así como
la textura, estructura y pedregosidad superficial, son los factores que
fundamentalmente regulan dicho incremento. En los suelos laboreados se incrementa
la tasa de infiltración final en relación a los no laboreados,
pero también se incrementa considerablemente la erosión. La
intensidad de lluvia a la cual se inicia la escorrentía, y por tanto
la erosión, parece estar más relacionada con la textura del
horizonte superficial que con las prácticas de laboreo. La pedregosidad
del suelo, incluida la superficial, incrementan las tasas de infiltración
al tiempo que reducen la erosión.
AGRADECIMIENTOS. Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto del Programa Sectorial de Promoción General del Conocimiento nº PB97-1204.
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