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VI Congreso Sociedad Cubana de la Ciencia del Suelo (16:2006 mar. 8-10: La Habana). Memorias. CD Rom.
Sociedad Cubana de la Ciencia del Suelo, 2006. ISBN 959-7023-35-0
Brígido, O.; Mendoza, L.; Montalván, A. y Rodríguez, D.
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CUANTIFICACIÓN DE PROCESOS EROSIVOS EN SUELOS AGRÍCOLAS
EMPLEANDO LAS PRECIPITACIONES RADIACTIVAS GLOBALES DEL CESIO-137.
Osvaldo Brígido1; Luisa Mendoza2; Adelmo Montalván1; Deysi Rodríguez2
1.Centro de Ingeniería Ambiental de Camagüey.. Delegación Provincial CITMA
Ave. Finlay km 2½ Esq. Circunvalación, Rpto. Puerto Príncipe, Camagüey 8, CP
70800, Camagüey ,Cuba. Fax: 032 265815. E.Mail: o.brigido@ciac.cmw.inf.cu
2. Instituto de Suelos. Dirección Provincial Camagüey.MINAGRI
Cacocum # 11, Rpto. Puerto Príncipe, Camagüey 8, CP 70800, Camagüey, Cuba.
E.Mail:suelos@eimanet..cmw.inf.cu
RESUMEN
En la Microcuenca “La Victoria”, en la provincia de Camagüey se realizaron investigaciones sobre el
potencial del Cesio-137 (137Cs) como trazador para indicar el movimiento y erosión en los suelos
cultivables. Se estudió la variabilidad espacial de los inventarios de 137Cs, se determinaron las tasas de
redistribución de suelos como resultado de la redistribución del 137Cs y se comparan los resultados con
observaciones pedológicas y mediciones de pérdida de suelos a través de parcelas de escurrimiento. Se
tomaron muestras en dos sitios no perturbados para establecer el inventario de referencia, que reportó un
valor medio de 674.4 Bq.m-2 y en dos campos cultivados con el objetivo de estimar la pérdida de suelo. El
uso de las mediciones de 137Cs para estimar la tasa de erosión y depósito se basa en la comparación de los
inventarios de 137Cs en los puntos individuales muestreados en el campo estudiado con el inventario
de referencia. Para la estimación de las tasas de erosión se utilizaron los modelos proporcional y de
balance de masas. Si se considera que la tendencia de distribución espacial de las tasas de redistribución
del suelo determinada con las observaciones de las variaciones de los horizontes A+B y que la tasa
puntual de pérdida de suelo determinada con la parcela de escurrimiento están dentro del rango de las
tasas calculadas con ayuda de los modelos utilizados, se deduce que los valores obtenidos a través de estos
modelos se pueden considerar como representativos de los campos estudiados. Ello proporciona elementos
para considerar el potencial de la aplicabilidad de la técnica para la cuantificación de las tasas de
redistribución del suelo en suelos agrícolas de Camagüey y que la técnica del 137Cs puede ser de
considerable valor en la cuantificación de las tasas de erosión y una herramienta fiable para el desarrollo
de un adecuado Programa de Conservación de Suelos.
PALABRAS CLAVES:
Erosión, Cesio-137, modelos de calibración.
VI Congreso Sociedad Cubana de la Ciencia del Suelo (16:2006 mar. 8-10: La Habana). Memorias. CD Rom.
Sociedad Cubana de la Ciencia del Suelo, 2006. ISBN 959-7023-35-0
Brígido, O.; Mendoza, L.; Montalván, A. y Rodríguez, D.
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INTRODUCCIÓN
El 137Cs derivado de las precipitaciones globales es ampliamente usado como trazador del movimiento del
suelo y de las partículas de sedimentos en un campo determinado Ritchie and MacHenry, 1990. El 137Cs es
un radioisótopo antropogénico que fue inyectado a la atmósfera preferentemente a través de ensayos de
armas nucleares entre 1950 y 1970 y comienza a detectarse en la superficie terrestre a partir de 1954 con
picos en 1958 y 1963 (Playford et al. 1990).
El presente estudio fue concebido para evaluar la idoneidad de una zona de referencia, valorar el potencial
de la técnica del 137Cs para proporcionar los datos requeridos sobre la redistribución del suelo y comparar
los resultados de esta técnica con los proporcionados por parcelas de escurrimiento y por observaciones
pedológicas en una región de la cuenca hidrográfica del Río Máximo en la provincia de Camagüey.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para el estudio del potencial de la técnica del 137Cs se seleccionaron los campos 9 y 17 del agroecosistema
“La Victoria” que se localiza en la Cuenca del Río Máximo en la Provincia de Camagüey. Es un área con
relieve llano a ondulado con pendiente predominante en el intervalo 2-5%, aunque se encuentran zonas
con pendiente entre 5 y 10%. Este agroecosistema ha sido cultivado por más de 30 años y más del 32.8 %
(115 ha) del área presenta problemas de erosión (Brígido et al., 2000; Mendoza et al., 2001). El clima de
esta área es clasificado como subtropical húmedo, caracterizado por una temperatura media anual máxima
de 30.8 °C y mínima de 19.9 °C y un régimen de lluvia bajo de 930 mm por año como promedio.
Para la determinación del inventario de referencia y el estudio de la variabilidad espacial de los
inventarios de 137Cs se tomaron muestras con un cilindro de diámetro 6.1 cm en la intercepción de una
malla de 4*4 (16 muestras) con una distancia entre puntos de muestreo de 20 a 30m . Las muestras fueron
colectadas en el 2002, para la determinación del inventario total hasta 40 cm de. Igualmente en cada punto
se hizo una calicata para determinar la longitud del horizonte A+B.
Después de la colección, las muestras fueron secadas al aire libre y pasadas a través de un tamiz de 2 mm.
Las determinaciones de la concentración de 137Cs fueron realizadas en el laboratorio de espectrometría
gamma del Centro de Protección e Higiene de las Radiaciones.
Para la estimación de las tasas de redistribución de suelo se emplean tres de los modelos descritos por
Walling & He (1999), el Modelo Proporcional (MP), el Modelo de Balance de Masas Simplificado
(MBM1) y el Modelo de Balance de Masas 2 (MBM2) con las modificaciones realizadas por los autores
adaptándolos a las condiciones edafoclimáticas del área seleccionada (Brígido et al. 2000) y el
correspondiente software “Csmodel1” para la implementación de los modelos antes mencionados.
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La validación del método se realizó por comparación de los resultados con los obtenidos mediante
observaciones pedológicas, comparando la longitud del horizonte A+B del campo en que se supone hubo
redistribución del suelo con otro de escasa intervención o suelo de referencia. Con el mismo propósito se
emplearon los resultados de las observaciones de una parcela de escurrimiento de 30 m2 instalada en el
campo 9, en la cual se cuantificó el flujo de sedimento en un período de cuatro años (Mendoza et al.,
2001).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Variabilidad espacial de los inventarios del 137Cs.
La Tabla No. 1 muestra los resultados del estudio de la variabilidad total identificada en los inventarios de
137Cs en el sitio de referencia que es similar a los valores identificados por otros investigadores, CV =
aprox. 18-34 %, (Sutherland 1991). Esta variabilidad del inventario de 137Cs encontrada para el sitio
referencia de la Cuenca del Río Máximo se encuentra en el intervalo de los citados anteriormente y éste
valor puede estar influenciado por la variabilidad del suelo, ya que la zona se caracteriza por suelo
fersialítico pardo rojizo lixiviado con zona transicional de un pardo sin carbonatos plastogénico. El
intervalo de variación de estos indicadores para un nivel de confianza del 95% y número de muestras n=
16 es el que sigue: Inventario de 137Cs, Bq.m-2 : 674.4 ± 90.9 (13.5%); Profundidad del Horizonte A+B,
cm : 50.7 ± 2.7 (5.3%)
Tabla No. 1 Principales indicadores determinados en el Sitio de Referencia en
la Sub-cuenca “La Victoria”, Altagracia, Provincia de Camagüey.
Indicador n
Intervalo de
Variación
Valor
Medio s, CV,
% σ,
δ
%
Inventario de 137Cs,
Bq.m-2
16
14
458.1 – 1040.2
458.1 – 991.7
674.4
652.1
185.6
169.4
27.5
26.0
46.4
45.3
13.5
13.6
Profundidad del
Horizonte A+B, cm
16
14
41 – 58
41 – 58
50.7
51.1
5.6
5.9
11.0
11.4
1.4
1.6
5.3
6.0
n- número de puntos muestreados o de muestras, s- desviación estándar,
CV- coeficiente de variación, σ- error estándar del valor medio, δ- error relativo del valor medio
para un nivel de confianza del 95%.
Para comprobar si la variabilidad de los inventarios de 137Cs es producto del error de medición, del error
del programa de muestreo o es una variabilidad espacial aleatoria producto de las variaciones del tipo de
suelo se calculan los límites de confianza al 95% de la varianza poblacional σ2 de los inventarios de 137Cs
por la ecuación (1) y las varianzas debido al muestreo ( 2
S
s) y a la precisión de la medición del 137Cs ( 2
M
s)
se compara con este intervalo de confianza como se muestra en la Tabla No. 3.
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(1)
donde, n es el número de muestras, s2 es la varianza de la muestra y 2
α
χes el valor de chi-cuadrado
basado en n-1 grados de libertad con un límite de confianza α (α= 0.025 para el límite inferior y 0.975
para el límite superior).
El error de medición del 137Cs varía entre 7.1% y 11.8% y la varianza debido al error de medición ( 2
M
s)
es menor que el límite inferior de la varianza poblacional estimada σ2. Sully et al. (1987) establecieron
que si la varianza debido al error de medición ( 2
M
s) presenta valores inferiores al límite inferior de la
varianza poblacional estimada, entonces la variabilidad espacial aleatoria es mayor que la variabilidad que
se le atribuye al proceso de medición de 137Cs.
Tabla No. 2 Compendio de la variabilidad observada entre la variabilidad espacial, el error de medición
y el error de muestreo.
Sitio n
EM,
% ES,
%
Valor Medio,
Inv. Ref.,
Bq.m-2
2
M
s,
Bq.m-2
2
S
s,
Bq.m-2
s2,
Bq.m-2
95% c.l. de σ2,
Bq.m-2
La Victoria 16 11.8 10 674.4 1648 1184 34447
18790-82540
En nuestro trabajo se asume que la variabilidad asociada con el programa de muestreo (ES, %) es del orden
del 10%. Este es un valor derivado arbitrariamente, pero debido a la pequeña área superficial del cilindro
usado es razonable y está en correspondencia con la información presentada por Loughran et al. (1988) y
por Foster et al. (1994), quien estimó que el error máximo asociado con la deformación de su cilindro de
26 cm2 fue 5.4%. En nuestro caso el diámetro de los cilindros empleados es 6.1 cm y 9.8 cm, que
representan un área de 21.2 cm2 y 75.4 cm2, respectivamente. Si asumimos que el error de muestreo varía
entre 5% y 10%, la varianza debido al error de muestreo ( 2
S
s) es menor que el límite inferior de la
varianza poblacional estimada σ2 (ver Tabla No. 2). Se establece que si la varianza debido al error del
programa de muestreo ( 2
S
s) es menor que el límite inferior de la varianza poblacional estimada, entonces
la variabilidad espacial aleatoria es mayor que la variabilidad que se le atribuye al proceso de muestreo.
De los análisis anteriores se deriva que la variabilidad observada en los inventarios de 137Cs en el campo
de referencia de la Microcuenca La Victoria se atribuye a la variabilidad espacial aleatoria, o sea puede ser
posible debido a las variaciones en pequeña escala, por ejemplo en las propiedades del suelo (es decir,
densidad aparente, porosidad, presencia de macro-poros, piedras, etc.), en la cubierta vegetal, raíces de
árboles cercanos a los puntos de muestreo y en nuestro caso a las variaciones del tipo de suelo.
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡−−−
=
== 0.975
2
α
2
0.025
2
α
2
2
α
2
2
χ
1)s(n
,
χ
1)s(n
sea, o,
χ
1)s(n
σ de l.c. 95%
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Estimación de las tasas de redistribución del suelo en campos cultivados
Para cuantificar la tasa de redistribución del suelo se emplea el muestreo por transecto debido a que la
topografía del campo estudiado es simple. A lo largo del transecto (175m) y en dirección de la pendiente
se tomaron muestras en 8 puntos en diciembre de 1999 con una distancia entre puntos que osciló entre 12-
16m. y el inventario de 137Cs en el transecto varió desde 264 hasta 605 Bq.m-2 . La profundidad del arado
en el sitio se evaluó entre 15 y 20 cm y la densidad aparente media del campo cultivado resultó ser 1.03
g.cm-3. En general, es evidente que para todos los puntos, el inventario puntual medido es inferior al
inventario de referencia del 137Cs y esto cualitativamente informa que ha ocurrido erosión o transporte de
partículas de suelo en este campo. Con la integración de las tasas de redistribución del suelo a través del
transecto, la tasa de erosión neta de este campo empleando MBM2 se estima en 12.2 t.ha-1.año-1 para una
profundidad de arado igual a 20cm, valor inferior al obtenido con el MP y el MBM1; lo mismo ocurre
cuando los cálculos se realizan para una profundidad del arado de 15 cm. Este resultado puede estar dado
por las propias limitaciones de estos modelos que son resueltas por el MBM2. Este último supera las
suposiciones del MP y el MBM1 e incorpora la evolución temporal del depósito de 137Cs en el lugar y el
movimiento superficial de la fracción de 137Cs recientemente depositada antes de ser mezclado por
labranzas a profundidad de arado.
Uno de los aspectos introducidos por los autores para la estimación de las tasas de redistribución del suelo
es el rango del inventario de referencia del 137Cs, ya que con el uso del valor medio (en nuestro caso 674.4
± 90.9 Bq.m-2 para un 95% de confianza) pueden subestimarse o sobreestimarse los valores de las tasas de
redistribución del suelo, o sea, en nuestras estimaciones utilizamos el intervalo 583.5-765.3 Bq.m-2, y
consideramos que los inventarios puntuales de 137Cs que se encuentren en el intervalo antes mencionado
no representan puntos de erosión ni de depósito de sedimentos, o sea, que la tasa de redistribución de
suelo en ese punto es igual a cero.
En el Campo 9, la Dirección Provincial de Suelos de Camagüey (Mendoza et al.,2001) construyó una
parcela de escurrimiento que cubre un área de 30 m2 en Agosto de 1999 para determinar la pérdida de
suelo y nutrientes por este método clásico. Sobre la base de cuatro años colección de datos la tasa de
pérdida de suelo calculada resulta ser 9.8 t. ha-1.año-1. Según, Mendoza (2003), los cálculos del flujo de
sedimentos para otros períodos de tiempo han reportado valores hasta 12 t. ha-1.año-1.
Como puede observarse de la Tabla No. 3 el valor obtenido por la parcela de erosión se acerca a los
valores estimados por el MBM2, lo que nos infiere que este último proporciona valores más cercanos a la
realidad, aunque los valores estimados de la parcela de escurrimiento representan un área pequeña y un
período de tiempo limitado por lo que no podemos considerarlos representativos para el área en el período
de tiempo estudiado. La tasa media de flujo de sedimentos obtenidas por un período de cuatro años a partir
de las mediciones efectuadas en la parcela de escurrimiento ubicada en el campo 9 se encuentra en el
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intervalo 10-12 t.ha.año-1 y el valor de las observaciones pedológicas resultantes de la comparación de la
profundidad del horizonte A+B del campo de referencia con la de los puntos del transecto reportan un
valor medio de pérdida de suelo de 14 t.ha.año-1 . Este valor está en el rango de las tasas de erosión
calculadas por el MBM2 para el sector donde se encuentra ubicada la parcela, lo que constituye una
corroboración de los resultados obtenidos. Sin embargo, a través de las parcelas de escurrimiento se
obtienen sólo tasas anuales de escurrimiento de sedimentos, que dependen de la pluviosidad de los años en
que se hacen las determinaciones. Las tasas de redistribución del suelo obtenidas mediante la técnica del
137Cs representan en cambio valores medios de los últimos 45 años.
Tabla No.3 Comparación de los valores de la tasa de erosión neta del campo 9
obtenidos por diferentes modelos.
Tasa de Erosión Neta
t. ha-1.año-1
Modelo
d = 20cm d = 15cm
Referencia
Proporcional 17.8 13.3
Balance de Masas 1 o Simplificado 30.3 22.8
Balance de Masas 2 12.2 11.1
Presente trabajo
Observaciones pedológicas (Horizonte A+B) 14.1 Presente trabajo
Parcela de Escurrimiento 9.8-12.0 Vento et al. (2001),
Mendoza, 2003
Otro de los campos estudiados fue el campo 17 que cubre un área de 4.43 ha. Para determinar la
redistribución del suelo con la técnica del 137Cs se empleó el muestreo por malla 4*5 tomando un total de
20 muestras en el 2000 con un cilindro de 6.05 cm de diámetro (28.75 cm2), la distancia entre puntos
osciló entre 20 y 40 m. La profundidad del arado es de 20 cm y la densidad aparente promedio es 1.02
g.cm-3. Los resultados de las tasas puntuales de redistribución del suelo cuantificadas por el MBM2 se
presentan en Fig. 1.
Fig. 1 Distribución espacial de las tasas de redistribución del suelo en el
Campo 17, determinadas por el Modelo de Balance de Masas 2 (MBM2).
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Los resultados de la integración de las tasas puntuales de redistribución del suelo en el campo 17 se
muestran en la Tabla No. 4, donde se muestra el cálculo realizado por el MBM2. Esta tabla muestra la
habilidad de la técnica del 137Cs para proporcionar información de las tasas de erosión neta y bruta, de las
tasas de depósito de sedimentos y de la relación de entrega de sedimento para el campo estudiado. Estos
indicadores representan una ventaja importante por encima de los métodos clásicos para la cuantificación
de la erosión del suelo.
Tabla No. 4 Indicadores de las tasas de redistribución del suelo
espacialmente integrados del campo 17.
Valor Estimado MBM2
Área sujeta a erosión (ha)
Tasa de erosión bruta (t.ha-1.año-1)
Tasa de erosión media (t.ha-1.año-1)
2.88
12.7
19.5
Área sujeta a depósito de sedimentos (ha)
Tasa de depósito bruta (t.ha-1.año-1)
Tasa de depósito media (t.ha-1.año-1)
1.55
8.5
24.3
Tasa de Erosión Neta (t.ha-1.año-1) 4.2
Relación de entrega de Sedimento (%) 33.0
Las observaciones pedológicas (longitud del horizonte A+B) reflejan una tendencia en la redistribución
del suelo muy similar a la obtenida a través de la técnica del 137Cs como se observa en la Fig.2. Sin
embargo, los valores obtenidos con este método dependen de la estimación del intervalo de tiempo en que
se ha cultivado el área y de la profundidad del horizonte utilizado como referencia. Por lo tanto, este
método sólo entrega una estimación de la redistribución del suelo, que no tiene valor cuantitativo preciso.
Fig. 2 Distribución espacial de las tasas de redistribución del suelo del campo 17,
determinada por observaciones pedológicas.
Si se tiene en consideración que la tendencia de distribución espacial de las tasas de redistribución del
suelo determinada con las observaciones de las variaciones de los horizontes A+B y que la tasa puntual de
pérdida de suelo determinada con la parcela de escurrimiento están dentro del rango de las tasas
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calculadas con ayuda de los modelos utilizados, se deduce que los valores obtenidos a través de estos
modelos se pueden considerar como representativos de los campos estudiados. Ello proporciona elementos
para considerar el potencial de la aplicabilidad de la técnica para la cuantificación de las tasas de
redistribución del suelo en suelos agrícolas de Camagüey.
CONCLUSIONES
El estudio de la variabilidad espacial en el sitio de referencia seleccionado para la Cuenca del Río Máximo
permitió realizar un análisis de la precisión de los procedimientos de muestreos y ajustes en la estimación
de la redistribución del suelo y se demostró que la variabilidad observada en los inventarios de 137Cs se
atribuye a la variabilidad espacial aleatoria, y no se atribuye al error de medición ni al error producto de la
toma de muestras de suelos.
La técnica del 137Cs se evidencia como método fiable y una herramienta útil para cuantificar tasas medias
de redistribución de suelo y su distribución espacial. Ello es respaldado por observaciones pedológicas y
cuantificación de flujo de sedimentos en parcela de escurrimiento.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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