Evaluación de la calidad de suelos mediante el uso de indicadores e índices

RESUMEN

El avance de la agricultura en áreas con cierto grado de fragilidad hace necesario realizar evaluaciones del estado del sistema suelo mediante indicadores. El objetivo del trabajo fue desarrollar y aplicar un set mínimo de indicadores del estado del recurso suelo para evaluar la calidad del suelo en agroecosistemas con Molisoles de bajo a moderado desarrollo. La metodología se probó en una unidad ambiental homogénea, con Hapludoles típicos, bajo diferentes sistemas de uso y manejo, en una cuenca pedemontana del SO de la provincia de Córdoba. A las propiedades medidas (carbono orgánico, pH, saturación de bases, agregados estables en agua, velocidad de infiltración, densidad aparente y el espesor horizonte A) se le establecieron rangos de calidad a partir de los cuales se normalizaron los indicadores. Los indicadores seleccionados son un número mínimo de variables con alto grado de agregación, fáciles de medir y repetibles, representando las condiciones locales. Estos indicadores de estado del recurso suelo no son universales ya que fueron elegidos en función del tipo de ambiente y suelo de la región en estudio.

Palabras clave. Propiedades físicas; Químicas y físicoquímicas; Set mínimo; Degradación.

INTRODUCCIÓN

La Conferencia de las Naciones Unidades sobre el Ambiente y el Desarrollo Río ’92 (UNCED) marcó un hito muy especial al establecer la necesidad de desarrollar y aplicar diferentes metodologías para determinar el estado del ambiente y monitorear los cambios ocurridos a nivel local, nacional, regional y global. La determinación de estos cambios podría ayudar a realizar una mejor evaluación de las dimensiones de los diferentes problemas ambientales, identificar y evaluar los resultados de la aplicación de las convenciones internacionales y los programas de acción, como así también, orientar las políticas nacionales. La aplicación del Capítulo 40 de la Agenda 21 condujo al desarrollo de diversas metodologías que determinaron el uso generalizado de indicadores e índices para la evaluación de la calidad ambiental, calidad de suelos, sustentabilidad, desarrollo sustentable, riesgo, vulnerabilidad, planificación territorial, entre otros. El antecedente más importante surgió de la Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD, 1991) cuando publicó un set preliminar de indicadores ambientales. Posteriormente, otras organizaciones han desarrollado programas donde se establecieron listas de indicadores para evaluar la calidad ambiental, tales como, FAO, Banco Mundial, UN Development Program, UN Environmental Program. En la ciencia del suelo, Blum & Santelises (1994) describieron el concepto de sustentabilidad y resiliencia del suelo basado en seis funciones ecológicas y humanas: el suelo como productor de biomasa; el suelo como reactor con filtros; el suelo como buffer y como transformador de materia para proteger el ambiente, el agua subterránea y la cadena de alimentos de la contaminación; el suelo como hábitat biológico y reserva genética; el suelo como medio físico y el suelo como fuente de recursos y de herencia cultural. Estos conceptos y los sugeridos por Warketin (1996) fueron las bases a partir de las cuales la Soil Sciencie Society of America estableció el concepto de calidad del suelo (Karlen et al., 1996). Doran & Parkin (1994, 1996) y Doran et al. (1996) establecieron indicadores cuantitativos de calidad del suelo a partir de estos conceptos.

Un indicador es una variable que resume o simplifica información relevante haciendo que un fenómeno o condición de interés se haga perceptible y que cuantifica, mide y comunica, en forma comprensible, información relevante. Los indicadores deben ser preferiblemente variables cuantitativas, aunque pueden ser cualitativas o nominales o de rango u ordinales, especialmente cuando no hay disponibilidad de información cuantitativa, o el atributo no es cuantificable, o cuando los costos para cuantificar son demasiado elevados. Las principales funciones de los indicadores son: evaluar condiciones o tendencias, comparar transversalmente sitios o situaciones, para evaluar metas y objetivos, proveer información preventiva temprana y anticipar condiciones y tendencias futuras.

Los indicadores deben ser:

• limitados en número y manejables por diversos tipos de usuarios;
• sencillos, fáciles de medir y tener un alto grado de agregación, es decir, deben ser propiedades que resuman otras cualidades o propiedades;
• interdisciplinarios; en lo posible deberán contemplar la mayor diversidad de situaciones por lo tanto incluir todo tipo de propiedades de los suelos (químicas, físicas, biológicas, etc.);
• tener una variación en el tiempo tal que sea posible realizar un seguimiento de las mismas, asimismo, no deberán poseer una sensibilidad alta a los cambios climáticos y/o ambientales pero la suficiente como para detectar los cambios producidos por el uso y manejo de los recursos (Gallopin, 1995; Doran & Parkin, 1996; Doran & Zeiss, 2000).

Segnestam (2002) a partir de la experiencia realizada por el Banco Mundial señaló la importancia de establecer: la línea de base (baseline) o de inicio de una actividad que puede impactar positiva o negativamente sobre el ambiente; umbrales (thresholds) para controlar o hacer el seguimiento de impactos negativos que no deben exceder un predeterminado umbral y además objetivos o metas (targets) que permitan evaluar si el impacto positivo de una respuesta es suficientemente largo.

Se han desarrollado listas de indicadores de uso “universal” pensando en todas las situaciones posibles y todos los suelos posibles (Doran & Parkin, 1994, 1996). Por otra parte, se han presentado listas pensadas para situaciones regionales o locales (Brejda et al., 2000; Cantú et al., 2002; Lilburne et al., 2004). Segnestam (2002) señaló la conveniencia de utilizar indicadores locales para evaluar a nivel de escala mayor (regiones, provincias, municipios).

En el sur oeste de la provincia de Córdoba se desarrolló y aplicó un Índice de Calidad Ambiental mediante la agregación de indicadores utilizando el modelo PSR, Presión, Estado y Respuesta (Cantú et al., 2003). Además, se evaluaron parámetros del suelo como potenciales indicadores de calidad aplicando el modelo PSR e incorporando un modelo que contempla las funciones del suelo (fuente de recursos y sumidero de residuos) (Cantú et al., 2001; Cantú et al., 2002). De lo anteriormente expuesto se desprende la necesidad de contar con un set mínimo de indicadores de calidad de suelos, de simple medición y con validez local, que pueda ser utilizado por agencias gubernamentales y responsables del manejo del suelo en la evaluación y seguimiento en el tiempo de la calidad de este recurso.

El objetivo de este trabajo fue desarrollar y aplicar un set mínimo de indicadores del estado del recurso suelo para evaluar su calidad en agroecosistemas con Molisoles de bajo a moderado desarrollo.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

La investigación se desarrolló en la cuenca del arroyo La Colacha (64º39′ y 64º50′ O y 32º54′ 20″ y 33º03′ 15″ S) con una superficie de 19.500 ha. El clima es mesotermal húmedo con estación seca marcada (TMA:16,5 ºC; PMA: 948 mm, ETP: 823 mm y ETR: 764 mm) y las precipitaciones están concentradas en primavera-verano (80%).

Dentro de la cuenca se seleccionó la unidad ambiental “Alto Estructural Rodeo Viejo-La Morocha” definida en base a características geomorfológicas, de suelos, agua superficial y subterránea y uso del suelo (Cantú, 1998). Para la evaluación de la calidad del suelo se escogió la subunidad Pendientes. El relieve es de fuertemente a moderadamente ondulado y el sector analizado presenta pendientes largas a muy largas (1.200 a 1.800 m) y complejas con gradientes del 2 al 7%. Los sedimentos aflorantes son loess arenosos del Holoceno. Los procesos de modelado son dominados por la erosión hídrica y eólica. El suelo es un Hapludoll típico, térmico, limoso grueso, mixto; Capacidad de Uso: Clases II y III. La actividad principal fue históricamente agrícola-ganadera y a partir del año 2000 se produjo una profundización de la agriculturización en desmedro de la ganadería. En este contexto, se incrementó la utilización de la siembra directa (SD) con respecto al resto de los sistemas de labranza. En la mayoría de los casos se pasó de la labranza convencional (LC) directamente a la siembra directa (SD). Al momento del muestreo la proporción de área bajo SD en la subunidad seleccionada fue de un 50%, labranza reducida (LR) 10% y labranza convencional (LC) 40%.

Muestreo

En la subunidad se seleccionaron 12 sitios de muestreo representativos de los tres sistemas de manejo agrícola utilizados (siembra directa, labranza reducida y labranza convencional), con las variantes con y sin fertilización y con y sin pastoreo. Adicionalmente, se eligieron dos sitios de referencia que representan la situación más próxima a un suelo natural o prístino, no alterado desde hace 50 años, con una pastura de Eragrostis curvula (pasto llorón). El muestreo se efectuó en el año 2000. En cada sitio se describieron los suelos (Soil Survey Staff, 1993), se evaluaron las propiedades físicas a campo (tres repeticiones distribuidas al azar) y se tomaron tres muestras por sitio (compuestas por cinco submuestras cada una) del horizonte superficial para evaluar las propiedades químicas en el laboratorio.

Análisis

El contenido de carbono orgánico se determinó por el método de Walkley & Black (Jackson, 1976); el pH por potenciometría (relación suelo-agua 1:2,5); la saturación de bases por el método del acetato de amonio (Personal Laboratorio de Salinidad, 1982); el porcentaje de agregados estables en agua (>0,5 mm) según Pla Sentis (1983); la velocidad de infiltración usando el método del doble anillo (ASTM D 3385-88) y la densidad aparente por el método del cilindro (Blake & Hartge, 1986). El espesor horizonte A fue valorado a campo (Soil Survey Staff, 1993).

La metodología de indicadores tiene como condición esencial el apoyarse en una base cartográfica para que a partir de ella sea factible el análisis en el espacio y en el tiempo. En este caso la cartografía de base fue un mapa de Unidades Ambientales Integradas obtenidas mediante la metodología de la Universidad de Cantabria (Cendrero & Díaz de Terán, 1987) utilizando la combinación de diversos tipos de mapas (geomorfológico, hidrológico, suelos y uso del suelo).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para evaluar la calidad de los suelos, teniendo en cuenta que el número de indicadores debe ser mínimo, se eligieron las propiedades que para la cuenca y el tipo de suelo cumplieron con los criterios que se consideran más relevantes (Tabla 1).

Tabla 1. Indicadores de calidad de suelos, unidades de medida, valores máximos y mínimos definidos para la subunidad Pendientes, Unidad Alto Estructural Rodeo Viejo La Morocha, Cuenca La Colacha, Córdoba.

Para la obtención de un valor único de cada parámetro para la subunidad se realizó un promedio ponderado de acuerdo a la proporción que representa cada manejo en el área total. Luego los indicadores fueron normalizados utilizando una escala 0-1 que representan, respectivamente, la peor y mejor condición desde el punto de vista de la calidad, independientemente de los valores absolutos medidos para cada indicador. Existen dos situaciones posibles: la primera es cuando el valor máximo del indicador (Imax) corresponde a la mejor situación de calidad de suelo (Valor normalizado del indicador: Vn = 1) y el cálculo es Vn = Im – Imin / Imax – Imin. La otra situación es cuando el valor Imax corresponde a la peor situación de calidad de suelo (Vn = 0) y se calcula como: Vn = 1 – (Im – Imin / Imax – Imin). Donde Vn = valor normalizado, Im = medida del indicador, Imax = valor máximo del indicador, Imin = valor mínimo del indicador.

Los valores máximos y mínimos fueron establecidos de diferentes formas para cada indicador. Para algunos atributos, especialmente para las condiciones óptimas, se tuvieron en cuenta umbrales calculados a partir de los valores de los suelos de referencia mientras que en otros se utilizaron criterios teóricos. Para el C orgánico se consideró como mínimo el requerimiento para cumplir con la condición de mólico (Soil Survey Staff, 2006) y como máximo el promedio de los valores medidos en los suelos de referencia. El valor mínimo de pH fue establecido considerando el punto de toxicidad para el desarrollo de la mayoría de los cultivos de la zona y el máximo de calidad correspondió al pH neutro (Whittaker et al., 1959; Soil Survey Staff, 1993). Para la saturación de bases se tomaron el valor mínimo (50%) y el máximo (100%) requeridos para cumplir con la condición de mólico (Soil Survey Staff, 2006). Para el indicador agregados estables en agua, el valor máximo se obtuvo promediando los valores medidos en los suelos de referencia. El mínimo correspondió a los valores mínimos medidos en la región (Becker, 2006). En el caso de la velocidad de infiltración, se tomó como mínimo la velocidad a la cual se han documentado problemas de infiltración en la región (Becker, 2006) y como máximo los valores de infiltración esperados de acuerdo a las características del suelo (Soil Survey Staff, 1993). La densidad aparente mínima corresponde al promedio de los valores medidos en los suelos de referencia y la máxima a los valores máximos medidos en la región (Beckeret al., 2002). En el caso del indicador espesor del horizonte A, el máximo espesor corresponde al medido en promedio en los suelos de referencia, mientras que el mínimo se estableció como cero. Finalmente, se estableció un índice de calidad de suelos (ICS) promediando los valores de todos los indicadores. Para la interpretación del ICS se utilizó una escala de transformación en cinco clases de calidad de suelo (Tabla 2).

Tabla 2. Clases de calidad de suelos.

En la Tabla 3 se presentan los valores normalizados de los indicadores calculados y el índice de calidad del suelo resultante. El indicador que presentó el menor valor fue el C orgánico, mientras que el mayor correspondió a la saturación de bases. El pH y la densidad aparente presentaron valores intermedios, y los restantes indicadores valores cercanos a 0,3.

Tabla 3. Indicadores e índice de calidad del suelo para la subunidad Pendientes, Unidad Alto Estructural Rodeo Viejo – La Morocha, Cuenca La Colacha, Córdoba.

El valor del indicador C orgánico evidencia una disminución en la calidad de un 82% respecto de los suelos tomados como referencia. La marcada disminución de la materia orgánica ha sido observada en diversas investigaciones en la región (Becker, 2006; Mussoet al., 2006). El indicador pH presenta un valor de calidad cercano a 0,6. En la mayoría de los suelos de la subunidad existe una disminución del pH en el horizonte superficial respecto a los suelos de referencia. Esta situación también ha sido reportada por otros investigadores (Musso et al., 2006). Sin embargo, los valores medidos aún distan considerablemente del punto de toxicidad establecido para la mayoría de los cultivos de la zona. El valor del indicador saturación de bases es muy cercano al máximo de calidad. En este caso también el indicador refleja en gran medida la situación de los suelos locales. Los materiales loésicos sobre los que se desarrollan los suelos son ricos en calcio y por lo tanto, la saturación de bases es muy alta, a pesar del uso de los suelos. El indicador agregados estables en agua presenta un valor de calidad de 0,32. La importante disminución del porcentaje de macroagregados en la subunidad respecto de los suelos de referencia, refleja la influencia negativa del manejo en esta propiedad como fuera señala-do por numerosos autores a nivel local (Moreno, 2000; Becker, 2006) e internacional (USDA-NRCS, 1999). El valor de 0,33 del indicador velocidad de infiltración señala que esta propiedad en la subunidad evaluada dista en casi un 70% de los valores de infiltración esperados de acuerdo a las características del suelo (Soil Survey Staff, 1993). En investigaciones realizadas en el área de estudio, se ha señalado que la disminución de la velocidad de infiltración estaría asociada a la compactación del horizonte superficial y subsuperficial (Becker, 2006). El indicador densidad aparente revela que los suelos tienen un nivel medio de compactación, dado que el valor promedio ponderado de la subunidad se encuentra entre los valores mínimos de los sitios de referencia y los máximos medidos en la región. Este valor no sería restrictivo para el crecimiento de raíces en este tipo de suelos (Vepraskas, 1994; USDA-NRCS, 1999). El valor bajo del indicador espesor del horizonte A muestra la marcada disminución respecto de los suelos de referencia, que alcanza casi un 70%. Esto se debe principalmente a procesos de erosión hídrica que han sido estimados en la zona por la aplicación de modelos (Becker et al., 2006) y por mediciones directas a campo (Becker, 2006).

El índice de calidad del suelo (ICS: 0,47) obtenido mediante este set mínimo de indicadores (Tabla 3) se ubica en la clase de moderada calidad de suelos (Tabla 2). El valor del ICS está fuertemente influenciado por el indicador C orgánico, que fue la propiedad más afectada por el manejo en esta subunidad. El C orgánico es considerado un atributo clave dada su marcada influencia sobre la mayoría de las propiedades del suelo (Gregorich et al., 1994). La disminución del C orgánico sería la causa principal de los valores bajos del indicador estabilidad de agregados e infiltración y medio del indicador densidad aparente. Estos cambios en las propiedades físicas afectan la condición superficial del suelo provocando un incremento de los procesos de erosión, con la consiguiente pérdida de espesor del horizonte superficial, reflejada por el indicador correspondiente.

El set de indicadores utilizados para evaluar la calidad del suelo cumple con los criterios más importantes requeridos para su uso como indicadores. Se trata de un número mínimo de variables o atributos del suelo que integran información de otras variables asociadas, incorpora indicadores físicos, químicos y fisicoquímicos, y en su mayoría son de fácil medición. Lo expuesto evidencia la aptitud de los indicadores seleccionados para reflejar, en términos de calidad, los cambios en cada una de las propiedades. En la construcción del set se consideraron las principales propiedades de los suelos del área para que los indicadores representen las condiciones locales. Se descartaron indicadores que, si bien forman parte de listas muy usadas en otras partes del mundo (e.g. Doran & Safley, 1997), no tienen validez local. Por ello, es importante señalar que estos indicadores de estado del recurso suelo no son universales sino que deben ser elegidos en función del tipo de ambiente y suelo de la región en estudio. Estos resultados representan una instantánea para la situación del año 2000. Para darle el sentido temporal será necesario realizar mediciones secuenciales en lapsos de tiempo tales que permitan registrar cambios en los atributos utilizados vinculados a las condiciones de uso y manejo de los suelos.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue financiado por la Universidad Nacional de Río Cuarto (subsidio 018/C146), por la Agencia Córdoba Ciencia (Res. 129/2001) y ANPCYT (PICTR Nº 439/03).

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Por: Mario Pablo Cantú; Analía Becker; José Camilo Bedano & Hugo Francisco Schiavo
Departamento de Geología, Universidad Nacional de Río Cuarto, Ruta 36 km 601, (X5804BYA) Río Cuarto, Córdoba

Fuente: Cienc. Suelo v.25 n.2

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