La compactación del suelo , también conocida como degradación de la estructura del suelo , es el aumento de la densidad aparente o la disminución de la porosidad del suelo debido a cargas aplicadas externa o internamente. [1] La compactación puede afectar negativamente a casi todas las propiedades y funciones físicas, químicas y biológicas del suelo . [2] Junto con la erosión del suelo , es considerado como el "problema ambiental más costoso y más grave causado por la agricultura convencional ". [3]
En la agricultura, la compactación del suelo es un problema complejo en el que interactúan el suelo, los cultivos, el clima y la maquinaria . La presión externa debido al uso de maquinaria pesada y al manejo inadecuado del suelo puede conducir a la compactación del subsuelo , creando capas impermeables dentro del suelo que restringen los ciclos de agua y nutrientes. Este proceso puede causar efectos en el sitio, como un menor crecimiento del cultivo, rendimiento y calidad, así como efectos fuera del sitio, como un aumento de la escorrentía de las aguas superficiales , la erosión del suelo , las emisiones de gases de efecto invernadero , la eutrofización , la reducción de la recarga de las aguas subterráneas y la pérdida de biodiversidad. . [4]
A diferencia de la salinización o la erosión, la compactación del suelo es principalmente un problema subterráneo y, por lo tanto, un fenómeno invisible. [5] Se necesitan métodos de identificación especiales para localizar, controlar y gestionar el problema de manera adecuada.
La compactación del suelo superior se considera parcialmente reversible y su ocurrencia controlable. [6] La compactación del subsuelo, sin embargo, se considera el problema principal porque puede ser permanente, lo que significa que las funciones de los poros no se pueden restaurar después del deterioro. [7] Dado que los agricultores de la agricultura intensiva moderna dependen de maquinaria pesada y, por lo tanto, no pueden evitar completamente la compactación, los enfoques de gestión de la compactación del suelo se centran en la mitigación. [8]Los intentos de mitigar la compactación del suelo incluyen enfoques biológicos, químicos y técnicos. Las políticas públicas a largo plazo pueden abordar las razones subyacentes de la compactación del suelo. Por ejemplo, los subsidios para la agricultura de baja tecnología pueden disminuir el uso de maquinaria pesada en el campo, y los programas educativos destinados a frenar el crecimiento de la población pueden reducir la presión sobre la agricultura causada por el tamaño de la población.
Historia y estado actual [ editar ]
La compactación del suelo no es un problema reciente. Antes del comienzo de la agricultura mecanizada, el uso de arados se asociaba con la compactación del suelo. [9] Sin embargo, múltiples estudios han demostrado que las técnicas modernas de cultivo aumentan el riesgo de compactación perjudicial del suelo. [10]
La base de datos históricos para la compactación global del suelo es generalmente muy débil, ya que solo hay mediciones o estimaciones para ciertas regiones / países en ciertos momentos. En 1991, se estimó que la compactación del suelo representaba el 4% (68,3 millones de hectáreas) de degradación antropogénica del suelo en todo el mundo. [11] En 2013, la compactación del suelo se consideró una de las principales razones de la degradación del suelo en Europa (aproximadamente 33 millones de ha afectadas), África (18 millones de ha), Asia (10 millones de ha), Australia (4 millones de ha) y algunos zonas de América del Norte. [12]
Más específicamente, en Europa, aproximadamente el 32% y el 18% de los subsuelos son altamente y moderadamente vulnerables a la compactación, respectivamente. [13]
Mecanismo [ editar ]
En suelos sanos y bien estructurados, las partículas interactúan entre sí formando agregados del suelo. La estructura del suelo resultante aumenta en estabilidad con el número de interacciones entre las partículas del suelo. El agua y el aire llenan los vacíos entre las partículas del suelo, donde el agua interactúa con las partículas del suelo formando una capa delgada a su alrededor. Esta capa puede proteger la interacción entre partículas, reduciendo así la estabilidad de la estructura del suelo. [14]
La presión mecánica aplicada al suelo está contrarrestada por un aumento de las interacciones de partículas del suelo. Esto implica una reducción en el volumen del suelo al reducir los vacíos entre las partículas del suelo. [14]
Como consecuencia, el agua y el aire se desplazan y la densidad aparente del suelo aumenta, lo que resulta en una permeabilidad reducida para el agua y el aire. [15]
La susceptibilidad del suelo a la compactación depende de varios factores, que influyen en las interacciones de las partículas del suelo:
- Textura del suelo , con suelos de textura fina (alto contenido de arcilla) que son más susceptibles a la compactación que los suelos de textura gruesa. [dieciséis]
- Estructura del suelo, con estructuras angulares y heterogéneas que son más estables. [15]
- El contenido de agua del suelo , un alto contenido de agua aumenta la susceptibilidad a la compactación ya que la capa de agua en la superficie de las partículas del suelo protege las interacciones entre las partículas del suelo [14]
- Densidad aparente inicial, los suelos densos son más resistentes a la compactación ya que el número de interacciones de partículas es mayor. [17]
- Contenido de materia orgánica, aumenta la resistencia a la compactación ya que la materia orgánica actúa como un amortiguador, uniendo minerales y agua [18]
- pH , afecta las cargas netas de las moléculas [19]
Causas [ editar ]
La compactación del suelo puede ocurrir naturalmente por el proceso de secado y humectación llamado consolidación del suelo , [20] [12] o cuando se aplica presión externa al suelo. Las causas más importantes de compactación del suelo inducidas por el hombre en la agricultura son el uso de maquinarias pesadas, la práctica de la labranza en sí misma, la elección inadecuada de los sistemas de labranza, así como el pisoteo del ganado .
El uso de maquinarias grandes y pesadas para la agricultura a menudo causa no solo la capa superficial del suelo sino también la compactación del subsuelo. La compactación del subsuelo es más difícil de regenerar que la compactación del suelo. No solo puede afectar el peso de las maquinarias, es decir, la carga por eje, sino también la velocidad y el número de pasos que afectan la intensidad de la compactación del suelo. [21] [22] La presión de inflado de las ruedas y los neumáticos también juega un papel importante para el grado de compactación del suelo. [23]
Ya sea que se use maquinaria pesada o no, la práctica de labranza en sí puede causar la compactación del suelo. Si bien la causa principal de la compactación del suelo en una actividad de labranza hoy en día se debe a las maquinarias, no se debe descuidar la influencia de la compactación resultante de equipos más ligeros y animales en la capa superior del suelo. [24] Además, las elecciones inapropiadas de los sistemas de labranza pueden causar una compactación innecesaria del suelo. [25] Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la actividad de labranza podría reducir la compactación de la capa superior del suelo en comparación con la ausencia de actividad de labranza a largo plazo. [26]
El pisoteo significativo del ganado resultante de la cría de ganado en prados y tierras agrícolas también se considera la principal causa de la compactación del suelo. [27] Esto no se ve afectado si el pastoreo es continuo o a corto plazo, [28] sin embargo, se ve afectado por la intensidad del pastoreo. [29]
Efectos [ editar ]
Efectos en el sitio [ editar ]
Los principales efectos sobre las propiedades del suelo debido a la compactación del suelo son la reducción de la permeabilidad al aire y la reducción de la infiltración de agua . [30] Los principales efectos negativos físicos para las plantas son el crecimiento restringido de las raíces de las plantas y la accesibilidad a los nutrientes debido al aumento de la densidad aparente y la reducción del tamaño de los poros del suelo . [12] Esto puede conducir a una capa superficial del suelo extremadamente seca y eventualmente causa que el suelo se agriete porque las raíces absorben el agua que requiere transpiración desde la parte superior del suelo donde las plantas pueden penetrar con su profundidad de raíz restringida. [23]
Las propiedades químicas del suelo están influenciadas por el cambio en las propiedades físicas del suelo. Un posible efecto es una disminución en la difusión de oxígeno que causa una condición anaeróbica . Junto con la condición anaeróbica, los aumentos en la saturación del agua del suelo pueden aumentar los procesos de desnitrificación en el suelo. Las posibles consecuencias son un aumento en la emisión de N2O , disminuciones en el nitrógeno disponible en el suelo y una menor eficiencia en el uso de nitrógeno por los cultivos. [31] Esto puede causar un aumento en el uso de fertilizantes. [12]
La biodiversidad del suelo también está influenciada por la reducción de la aireación del suelo. La compactación severa del suelo puede causar una reducción de la biomasa microbiana . [32] La compactación del suelo puede no influir en la cantidad, pero la distribución de la macro fauna que es vital para la estructura del suelo, incluidas las lombrices de tierra, debido a la reducción de los poros grandes. [12] [33]
Todos estos factores afectan negativamente el crecimiento de las plantas y, por lo tanto, reducen el rendimiento de los cultivos en la mayoría de los casos. [34] Como la compactación del suelo es persistente, la pérdida del rendimiento del cultivo como uno de los "costos de compactación del suelo" [35] puede generar una preocupación de pérdida económica a largo plazo.
Efectos fuera del sitio [ editar ]
La compactación del suelo y sus efectos directos están estrechamente relacionados con los efectos indirectos fuera del sitio que tienen un impacto global, visible solo en la perspectiva a largo plazo. La acumulación de efectos puede dar lugar a impactos ambientales complejos que contribuyen a problemas ambientales globales en curso, como la erosión, las inundaciones , el cambio climático y la pérdida de biodiversidad en el suelo. [36]
Seguridad alimentaria
La compactación del suelo provoca reducciones en el crecimiento de los cultivos, el rendimiento y la calidad. A nivel local, estos efectos pueden tener impactos menores en la seguridad alimentaria . Sin embargo, si se agregan las pérdidas en el suministro de alimentos debido a la compactación del suelo, la compactación puede amenazar la seguridad alimentaria. Esto es especialmente relevante para regiones propensas a sequías e inundaciones. Aquí, el suelo compactado puede contribuir a la capa superior del suelo seco y al aumento de la escorrentía superficial . Además, el cambio climático puede empeorar los efectos adversos de la compactación del suelo. Esto se debe a que el cambio climático presenta eventos como olas de calor y tormentas que pueden aumentar el riesgo de sequías e inundaciones y sistemas de drenaje.
Cambio climático y uso de energía
El suelo es un almacenamiento de gases de efecto invernadero (GEI). Es visto como una gran reserva terrestre de carbono. [37] Al proporcionar servicios de reciclaje y filtrado de nutrientes , el suelo regula los flujos de GEI. La pérdida de gases del suelo a la atmósfera a menudo se ve reforzada por la influencia de la compactación del suelo sobre la permeabilidad y los cambios en el crecimiento de los cultivos. Cuando los suelos compactados están anegados o tienen un contenido elevado de agua, tienden a causar pérdidas de metano (CH4) a la atmósfera debido a una mayor actividad bacteriana. La liberación del óxido nitroso de GHG (N2O) se origina también a partir de procesos microbiológicos en el suelo y se ve reforzada por el uso de fertilizantes nitrogenados en tierras de cultivo.[38]
Además, el suelo compactado requiere un aporte extra de energía. Se usa más combustible y fertilizante para el cultivo en comparación con el suelo no compactado debido a las restricciones en el crecimiento de los cultivos como resultado de una menor eficiencia en el uso de nitrógeno. La producción de fertilizantes nitrogenados requiere mucha energía.
Erosión, inundaciones y aguas superficiales
La permeabilidad reducida del suelo compactado puede provocar inundaciones locales. Cuando el agua no puede infiltrarse, la acumulación de agua y la acumulación de agua representan un riesgo general de erosión del suelo por el agua. [39] En suelos compactados, las huellas de las ruedas son a menudo el punto de partida para la escorrentía y la erosión. Es probable que la erosión del suelo aparezca en campos inclinados o especialmente en terrenos montañosos. Esto podría conducir a una transferencia de sedimentos [56]. Excepto por los efectos negativos directos para los agricultores, el riesgo de escorrentía superficial cerca de las huellas de las ruedas afecta indirectamente el entorno fuera de la granja, ya que, por ejemplo, redistribuye "sedimentos, nutrientes y pesticidas dentro del campo y más allá". [23]Especialmente cuando aumenta el riesgo de erosión del suelo superficial, la eutrofización de las aguas superficiales se convierte en un gran problema debido a una mayor cantidad de nutrientes. [40] En áreas de alto riesgo, como suelos húmedos en pendientes, la lechada aplicada puede escurrirse fácilmente. Esto da como resultado una pérdida de amoníaco, que contamina las aguas superficiales, ya que crea una falta de oxígeno. Lo que lleva a la muerte de muchas especies, [39] la erosión del suelo causada por la compactación es responsable de una disminución en la calidad del hábitat y, por lo tanto, la pérdida de especies.
Agua subterránea
Se puede ver otro efecto fuera del sitio con respecto al agua subterránea . La tasa de infiltración del suelo de pastizales sin tráfico es cinco veces mayor que en el suelo con tráfico severo. [41] Una consecuencia podría ser una recarga reducida de agua subterránea . Especialmente en las regiones más secas que carecen de reservas de agua, esto plantea un riesgo crucial. En las regiones donde "el subsuelo proporciona una proporción significativa del agua requerida por los cultivos para satisfacer las demandas de transpiración" [42], que a menudo depende de la agricultura, este peligro de compactación está más presente.
Además, la cantidad de fertilizante que se usa en suelos compactados es más de lo que las plantas pueden absorber. Por lo tanto, el excedente de nitrato en el suelo tiende a filtrarse en el agua subterránea, lo que resulta en contaminación . Debido a la disminución de la capacidad de filtración del suelo, se restringe la descomposición microbiana de los pesticidas y también es más probable que los pesticidas lleguen al agua subterránea. [39]
Métodos de identificación [ editar ]
La compactación del suelo se puede identificar en el campo, en el laboratorio o mediante teledetección. Para obtener datos y resultados confiables es necesaria una combinación de diferentes métodos, ya que "no existe un método universal único disponible para identificar suelos compactos". [43]
En el campo
Los fenómenos como la acumulación de agua en la superficie o en las capas subterráneas, la reducción visible de la porosidad y los cambios en la estructura del suelo, la humedad del suelo y el color del suelo son indicadores de la compactación del suelo en el campo. [23] Un color de suelo gris azulado y un olor a sulfuro de hidrógeno pueden aparecer en el suelo superior debido a la aireación extenuada. Un aumento en la resistencia del suelo se puede medir con un penetrómetro, que es básicamente un dispositivo para medir la resistencia de un suelo. Otro indicador importante de la compactación del suelo es la vegetación misma. Mediante patrones de crecimiento de cultivos, colores de hojas pálidas y crecimiento de raíces, es posible sacar conclusiones en cuanto al grado de compactación. [43] Especialmente cuando se trata de identificar la compactación del suelo en el campo con las medidas mencionadas anteriormente, se ha considerado particularmente importante hacer una comparación entre el suelo potencialmente compactado y el suelo no compactado cercano.
En el laboratorio
La densidad aparente del suelo, la distribución del tamaño de los poros, la permeabilidad del agua y el coeficiente relativo de difusión aparente del gas proporcionan una buena visión general de la permeabilidad de los suelos al aire y al agua y, por lo tanto, al grado de compactación. Dado que los poros gruesos son más importantes para la infiltración de agua, el intercambio de gases y el transporte, se recomienda centrarse en ellos al medir la porosidad y el coeficiente de difusión. [44] Los datos obtenidos en un laboratorio son confiables siempre que se haya analizado una cierta cantidad de muestras. Es por eso que es necesario reunir una gran cantidad de muestras de suelo a lo largo de toda la parcela de muestra que sea de interés.
Teledetección
La teledetección ayuda a reconocer las alteraciones de la estructura del suelo, el crecimiento de las raíces, la capacidad de almacenamiento de agua y la actividad biológica. "La detección de estas características directamente en la superficie del suelo desnudo o indirectamente por la vegetación conduce a la identificación de este tipo de degradación". [45] Esto es especialmente útil para grandes áreas. Como prevención de la compactación del suelo, la detección remota puede modelar la susceptibilidad de los suelos al considerar la textura del suelo, el valor de la pendiente, el régimen hídrico y factores económicos como el tipo de cultivo o la maquinaria que se utiliza.
Limitaciones
La compactación del suelo es a menudo local y depende de muchos factores que pueden variar dentro de unos pocos metros cuadrados. Esto hace que sea muy difícil estimar la susceptibilidad de los suelos a la compactación a gran escala. Dado que los métodos de teledetección no pueden identificar la compactación del suelo directamente, existen limitaciones para la identificación, el monitoreo y la cuantificación, especialmente a escala global. Los métodos de identificación mencionados anteriormente son insuficientes para grandes áreas, ya que no es posible obtener un tamaño de muestra lo suficientemente grande sin dañar el suelo y mantener el costo financiero a un nivel razonable.
Evitación y mitigación [ editar ]
Se requieren varias décadas para una restauración parcial del suelo compactado y, por lo tanto, es extremadamente importante tomar medidas activas para regenerar las funciones del suelo. [46] Dado que la compactación del suelo es muy difícil de identificar y revertir, se debe prestar especial atención a la evitación y el alivio.
Respuestas de política pública [ editar ]
La Asamblea General de las Naciones Unidas acordó combatir conjuntamente la degradación de la tierra. En particular, los Estados miembros se comprometieron a "usar y difundir tecnología moderna para la recopilación, transmisión y evaluación de datos sobre la degradación de la tierra". [47]
La Unión Europea aborda la compactación del suelo a través del Séptimo Programa de Acción Ambiental de la UE, que entró en vigor en 2014. Reconoce que la degradación del suelo es un desafío grave y afirma que para 2020 se supone que la tierra se gestionará de manera sostenible en toda la Unión. [48]
Los gobiernos nacionales han regulado las prácticas agrícolas para mitigar el efecto de la compactación del suelo. Por ejemplo, en Alemania los agricultores operan bajo la Ley Federal de Conservación del Suelo. La ley establece que los agricultores tienen la obligación de precaución hacia la compactación del suelo de acuerdo con las buenas prácticas reconocidas. [49] Las buenas prácticas pueden variar de un caso a otro, involucrando una variedad de métodos biológicos, químicos y técnicos.
Métodos biológicos [ editar ]
La introducción de plantas de enraizamiento profundo es una forma natural de regenerar suelos compactados. Los cultivos de enraizamiento profundo proporcionan ciclos de humectación y secado inducidos por los cultivos que agrietan el suelo, rompen las capas impermeables del suelo por penetración de las raíces y aumentan la materia orgánica [80]. La técnica zaï [50] describe un sistema para plantar pozos que se están excavando en suelos pobres. Estos pozos, con un diámetro promedio de 20–40 cm y una profundidad de 10–20 cm, se llenan de materia orgánica y luego se siembran después de la primera lluvia de la temporada. Esta técnica conserva el suelo, captura agua y gradualmente rehabilita la estructura y la salud del suelo subyacente. [51] Una forma sistemática de regenerar el suelo degradado (por ejemplo, suelo compactado) a largo plazo es la transformación de la agricultura convencional a la agroforestería. Los sistemas agroforestales apuntan a la estabilización del rendimiento anual, así como al mantenimiento saludable del ecosistema combinando el cultivo de plantas y árboles en el mismo sitio [81]
Métodos químicos [ editar ]
Dado que la compactación del suelo puede conducir a un crecimiento reducido de los cultivos y, por lo tanto, a un rendimiento económico reducido, el uso de fertilizantes, especialmente nitrógeno y fósforo, está aumentando. Esta demanda creciente causa varios problemas. El fósforo ocurre en depósitos marinos, depósitos magmáticos o en Guana, que son depósitos recientes de excretas de aves marinas. El fósforo extraído de los depósitos marinos contiene cadmio y urano. Ambos elementos pueden tener efectos tóxicos en el suelo, las plantas y, por lo tanto, para los humanos o animales como consumidores.
Otra oportunidad para aumentar la fertilidad del suelo además del uso de fertilizantes minerales es el encalado. A través del encalado, el nivel de pH y la saturación de la base deben elevarse a un nivel más adecuado para microorganismos y especialmente lombrices de tierra en la capa superior del suelo. A través de una mayor actividad de la fauna del suelo, se debe aflojar el suelo y seguir una mayor porosidad y una mejor permeabilidad al agua y al aire. [52]
Métodos técnicos [ editar ]
Los métodos técnicos apuntan principalmente a reducir y controlar la presión aplicada en el suelo por maquinaria pesada. Primero, la idea del tráfico controlado de las ruedas es separar las pistas con ruedas y el área para el enraizamiento de las plantas. [53] Se espera una reducción del área compactada por neumáticos, lo que reduce los efectos negativos sobre el crecimiento de los cultivos. En algunas áreas, se introdujo la tecnología basada en SIG para monitorear y controlar mejor las rutas de tráfico. [23]
La baja presión de los neumáticos es otra forma de distribuir la presión aplicada en una superficie mayor y suavizar la presión general. Para una gestión integrada, se recomienda el modelado por computadora del patio de cultivo para la vulnerabilidad a la compactación a fin de evitar conducir sobre suelos vulnerables. [54]
Ninguna labranza puede contribuir a mejorar la condición del suelo, ya que conserva más agua que la labranza tradicional, [53] sin embargo, como la labranza es una preparación del patio de cultivo para el próximo proceso de siembra o siembra, la labranza no necesariamente da un resultado positivo en todos los casos. El aflojamiento de las capas de suelo ya compactadas por rasgado profundo puede ser beneficioso para el crecimiento de las plantas y la condición del suelo.
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