MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD HIDRAÚLICA MEDIANTE INFILTRÓMETROS DE MINIDISCO EN SUELOS AGRÍCOLAS

CULTIVADOS Y EN ABANDONO (REGIÓN DE MURCIA)

Francisco Belmonte Serrato, Departamento de Geografía. Universidad de Murcia. franbel@um.es

José Damián Ruíz Sinoga, Departamento de Geografía. Universidad de Málaga. sinoga@uma.es

Asunción Romero Díaz, Departamento de Geografía. Universidad de Murcia. arodi@um.es.

Carlos Martínez Hernández, Departamento de Geografía. Universidad de Murcia. carlos.martinez3@um.es

Francisco Robledano Aymerich, Departamento de Ecología e Hidrología. Universidad de Murcia. frobleda@um.es

RESUMENEs conocido que tanto la capacidad de infiltración como la conductividad

hidráulica saturada son sensibles a los cambios de uso del suelo. El objetivo de este trabajo ha sido evaluar los cambios en la infiltración del suelo a consecuencia del abandono de las prácticas agrícolas. Los resultados muestran que la conductividad hidráulica no saturada en margas, disminuye o se ve dificultada tras el abandono del cultivo. Por el contrario, en suelos calizos y metamórficos esa disminución se produce a tensión de succión próxima a gravedad (0.5). Pero se muestra muy variable a tensiones superiores (-2 y -6), evidenciando un importante papel de la textura, sobre todo de la arcilla.

ABSTRACT

Hydraulic conductivity measurement by minidisc infiltrometers in cultivates and abandonment soils (Region of Murcia)

It is known that both, the infiltration capacity and the unsatured hydraulic conductivity are sensitive to land use changes. The aim of this study was to determine if there have been changes in soil infiltration as a result of the abandonment of agricultural practices. The results show that unsatured hydraulic conductivity in marls, decreases or is hindered after the abandonment, whatever the suction voltage applied. On the contrary, in limestone and metamorphic soils, that decrease occurs at suction pressure close to gravity (0.5). At suction pressure 2 cm, cultivation and recent abandonment behave similarly, but at 6 cm suction pressure, in limestones, recent abandonment, approximates the behavior of old abandonment, and in metamorphic rocks, old abandonment is which has higher infiltration rates.

1. INTRODUCCIÓN

El abandono de cultivos es uno de los rasgos más característicos de la evolución de la agricultura en España desde finales del siglo XIX (GARCÍA RUÍZ & LANA-RENAULT, 2011), afectando especialmente a áreas de montaña (LASANTA 1989) y tierras semiáridas (LESSCHEN et al., 2008). Este proceso de abandono se intensifica desde la segunda mitad del siglo pasado, sustentado, por un lado, en el rápido crecimiento del suelo destinado a uso urbano-industrial o turístico y, por otro, a la Política Agraria Comunitaria (PAC), que propició, entre otros aspectos, la retirada de cultivos poco rentables situados en tierras de secano marginales (ROMERO DÍAZ et al., 2012). En la Región de Murcia la retirada de cultivos ha afectado a unas 80.000 has, que en su mayoría se han convertido en campos de cultivo abandonados o en barbechos prolongados. Estos abandonos suponen un notable cambo en los usos del suelo, ya que, en unos casos, se ha producido una importante recuperación espontánea de la vegetación, llegando incluso a convertir estas tierras en forestales (ROBLEDANO et al., 2012) y, en otros, ha dado paso a una degradación continua y a la pérdida del suelo por erosión, que llega a ser especialmente intensa en litologías margosas (ROMERO DÍAZ et al., 2007).

La evolución de las tierras abandonadas en un sentido u otro, dependerá del clima, del tipo de campo de cultivo, de la gestión posterior al abandono y de la evolución de las características físicas y químicas de los suelos (GARCÍA RUÍZ Y LANA-RENAULT 2011). En este último aspecto cabe destacar la importancia de la evolución de las propiedades hídricas del suelo, que llevarán hacia una mayor o menor capacidad de retención de agua o de generación de escorrentía, con efectos contrapuestos sobre la recolonización vegetal o la erosión del suelo. Por ello, desde hace unos años, se está produciendo un creciente interés por comprender y modelizar el comportamiento del agua en la zona no saturada del suelo. Este conocimiento es importante para el estudio de procesos como la absorción de agua y nutrientes por las raíces, la contaminación de suelos y acuíferos, la erosión, la recarga subterránea o el balance hídrico (MARTÍNEZ FERNÁNDEZ & CEBALLOS BARBANCHO, 2001).

Estos trabajos han demostrado que tanto la capacidad de infiltración como la conductividad hidráulica son sensibles a los cambios de uso del suelo (ZIMMERMANN et al., 2006; ZIMMERMANN & ELSENBEER, 2008). NERIS et al. (2009), concluyen que la modificación del cambio de uso en Andisoles en Tenerife, provoca una drástica disminución en la tasa de infiltración básica que pasa de muy rápida a moderadamente rápida, lo que lleva a un aumento de la escorrentía y acelera los procesos de erosión.

El objetivo de este trabajo es determinar si se han producido cambios en la conductividad hidráulica no saturada (Knosat) del suelo a consecuencia del abandono de las prácticas agrícolas.

2. ÁREA DE ESTUDIO2.1. Áreas de muestreo

Las pruebas se han realizado en tres áreas de la Región de Murcia de diferente litología (margas, calizas y rocas metamórficas), en suelos con cultivo de almendros en secano (que actúan como parcelas testigo) y en los mismos suelos en diferentes fases de abandono del cultivo de almendros (reciente < 20 años y antiguo > 20 años) (Figura 1).

En las áreas de Corvera y la Murta (margas y calizas) los cultivos, tanto en uso como abandonados, se disponen en terrazas, con un marco de plantación en hileras siguiendo la línea de la terraza. Ambas se encuentran separadas unos 6 km y están situadas en la solana de las sierras de Carrascoy y El Puerto, a unos 350 m de altitud, en

ambos casos. La temperatura media anual se aproxima a los 18 ºC, con mínima mensual de 10 ºC en enero y máxima de 27 ºC en agosto. La precipitación media es de 286 mm, lo que las sitúa bajo los efectos del clima mediterráneo semiárido o subdesértico.

El área de La Fuensanta, (metamórfico) se sitúa en la umbría de la sierra de La Torrecilla a unos 680 m de altitud. Su temperatura media anual está en torno a 15.5 ºC y la precipitación media rebasa ligeramente los 350 mm. Está en la frontera entre el clima mediterráneo semiárido y el mediterráneo típico ligeramente continentalizado. Los cultivos en esta área se sitúan en una ladera sin aterrazar, de elevada pendiente (20-30%) y los almendros están colocados sin marco de plantación definido, siguiendo el patrón de cultivo tradicional en esta sierra.

Figura 1. Localización de las áreas de estudio y las parcelas. (1) Corvera (margas); (2) La Murta (calizas); (3) La Fuensanta (metamórfico).

2.2. Características de los suelos y edad de abandonoEl análisis granulométrico realizado (Tabla 1) muestra que los suelos de las áreas

seleccionadas presentan pocas variaciones granulométricas en función del uso (cultivo, abandono reciente o abandono antiguo), manteniendo, por tanto, una textura similar que en margas es Franco-limosa, en calizas Franca, o ligeramente franco-arenosa, mientras que en metamórfico, tienen una textura Franca.

En general, en los suelos en margas el contenido en materia orgánica está en el rango de los valores medios para clima mediterráneo (0.71 - 1.03% en suelos agrícolas)

descritos por ROMANYA et al. (2007), aunque descendiendo con el tiempo de abandono, se mantiene en el límite más bajo en el abandono antiguo. Pero tanto los suelos de La Murta (calizas) como los de La Fuensanta (metamórfico), presentan un porcentaje de materia orgánica algo superior a esos valores medios, con una tendencia al aumento con el tiempo de abandono, consecuente con la importante regeneración de la vegetación natural que se da en estos campos¸ que llega a constituir en el abandono antiguo, un matorral en La Murta y un matorral arbolado en La Fuensanta. No obstante, los niveles de materia orgánica no alcanzan los valores medios para suelos forestales en medios mediterráneos (2,41% - 5,67%) proporcionados por ROMANYA et al. (2007).

La estabilidad estructural, es bastante baja, menos del 50% de agregados estables, propio de suelos antropizados en otras áreas de la Región (MARÍN SANLEANDRO et al., 2007). No obstante se detecta una clara tendencia de aumento de la estabilidad con la edad de abandono en los suelos en margas y algo menor en las calizas y metamórfico, sin llegar a los niveles medios en suelos naturales (75%).

En cuanto a la edad de abandono, en los tres casos, el abandono antiguo se produce en algún momento entre 1956 y 1981 (intervalo temporal de las imágenes aéreas disponibles), es decir, tienen una edad de abandono superior a 30 años y el abandono reciente se produce entre 2002 y 2004, es decir, en torno a unos 10 años de abandono. Aunque en La Fuensanta, entre 2004 y 2007 se volvió a roturar sin que se llegara a cultivar, pero hace que el tiempo de abandono real esté en torno a unos cinco años.

Tabla 1. Granulometría, materia orgánica (MO) y estabilidad estructural (EE) (%) de los suelos en las parcelas seleccionadas

Áreas Usos ArcillaLimos Arenas Gravas MO EE

Corvera (margas)

Cultivo 23.0 51.7 8.0 17.3 0.87 8.5Abandono reciente 24.0 52.4 7.5 17.1 0.80 18.4Abandono antiguo 24.4 61.9 6.4 7.3 0.71 27.3

La Murta(calizas)

Cultivo 11.0 30.9 39.6 18.5 1.46 48.4Abandono reciente 6.5 40.8 41.0 11.6 1.34 43.6Abandono antiguo 11.8 39.8 33.7 14.7 1.63 51.4

La Fuensanta (metamórfico)

Cultivo 10.5 27.9 26.6 35.0 1.66 38.7Abandono reciente 11.2 25.7 25.8 37.3 3.50 47.3Abandono antiguo 12.5 23.2 28.0 36.3 1.98 42.3

3. MATERIAL Y MÉTODOSLa conductividad hidráulica (K) puede definirse como los metros/día o cm/s de

agua que se infiltra en el suelo bajo la fuerza de la gravedad o bajo un gradiente hidráulico (KIRKHAM, 2005). Con más precisión se define como la constante de proporcionalidad lineal entre el caudal y el gradiente hidráulico (Ley de Darcy):

Caudal (m3/día) / sección (m2) = K x Δh (m) / Δl (m)

Existen diferentes métodos para medir la conductividad hidráulica (K) unos se basan en la aplicación de ecuaciones como la ecuación de KOZENY (1927), el uso de la curva de retención de agua para medir la distribución del tamaño de los poros (KUTÍLEC & NIELSEN, 1994) o mediante el uso de funciones de edafo-transferencia (MARTÍNEZ FERNÁNDEZ & CEBALLOS BARBANCHO, 2001; RUBIO & LLORENS, 2003); y otros, mediante instrumentos de medida como los permeámetros de disco (WHITE et al, 1992; MARTÍNEZ FERNÁNDEZ, 1996) o los infiltrómetros de tensión (WATSON & LUXMOORUE, 1986).

En este trabajo se ha medido la infiltración acumulada mediante el uso de inflitrómetros de minidisco. La infiltración acumulada, contabilizada en base al tiempo, permite estimar la conductividad hidráulica no saturada del suelo (Knosat), aplicando la ecuación de ZHANG (1997) como se describe en RUIZ SINOGA et al., (2003).

El infiltrómetro de minidisco (Figura 2) consiste en un tubo de ensayo graduado, de unos 20 cm de longitud y 2 cm de diámetro. En la parte inferior del tubo se coloca un disco de cerámica porosa y justo por encima de esta base hay un pequeño capilar insertado en la pared lateral; mientras que el extremo superior queda abierto para que pueda llenarse de agua (RUIZ SINOGA et al., 2003). Este tipo de infiltrómetros permiten realizar infiltraciones a diferentes tensiones de succión (de 0,5 a 7 cm de columna de agua).

Figura 2. Infiltrómetro de minidisco

La conductividad saturada se obtiene cuando todos los poros, incluyendo los macroporos (grietas o agujeros hechos por microfauna) están llenos de agua. Pero el flujo de los macroporos es muy variable de unos suelos a otros, por lo que la comparación entre estos suelos se hace muy difícil. Mediante el inflitrómetro de minidisco puede evitarse la entrada de agua a los macroporos sometiendo al agua que se infiltra a una presión o succión negativa. Las tasas de infiltración son diferentes para cada tipo de suelo, por ello es necesario ajustar una tasa de succión adecuada a cada

uno. En la mayoría de suelos suele ser adecuada una tasa de succión de 2 cm, pero en suelos arenosos con tasas de infiltración elevadas es conveniente hacer un ajuste a 6 cm y en suelos compactados con tasas de infiltración lentas, es mejor ajustar la succión a 0.5 cm.

En este trabajo se han aplicado esos tres valores de succión a todos los suelos, realizando cuatro repeticiones para cada valor de succión y en cada uso del suelo, de modo que se han realizado 108 pruebas de infiltración (36 por área). Dentro de cada parcela los puntos de muestreo se seleccionaron de manera aleatoria. La duración de cada prueba fue de 10 minutos, para que se alcanzara sobradamente una tasa de infiltración estable. Se midió, así mismo, la humedad gravimétrica del suelo a 10 cm de profundidad, tomando suelo en varios emplazamientos para obtener un valor medio, resultando un bajo contenido de humedad en todos los casos (6%, en el metamórfico, 4.5% en las calizas y 6% en las margas).

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓNLos resultados obtenidos muestran una variabilidad dependiendo de las

características de los suelos y de la antigüedad del abandono. En términos generales, las tasas de infiltración en zonas cultivadas son superiores que en campos abandonados. (Figura 3).Tras el abandono, las primeras lluvias generan un efecto de bloqueo superficial del suelo, de tal forma que a tensiones próximas a la gravitacional, se produce una reducción de la tasa de infiltración, excepto en los suelos mas arcillosos de las formaciones metamórficas de La Fuensanta, enfatizando el papel de la textura en estos procesos (RUIZ SINOGA et al., 2011). Los valores absolutos también muestran dicha variabilidad.

En Corvera, en suelos margosos, esta circunstancia se da a cualquier tensión de succión, lo que indica que tras el abandono, la capacidad de infiltración de estos suelos disminuye, o se ve dificultada, sea cual sea el potencial de succión. Esto implica una mayor capacidad para la generación de escorrentía que, junto a la dificultad para la recolonización vegetal, dado el bajo contenido en materia orgánica y el aterrazamiento de las parcelas, ha conducido a un mayor potencial de erosión, con la formación de pipes y cárcavas, y una enorme pérdida de suelo (ROMERO DÍAZ et al., 2011).

En la Murta (calizas), al aumentar la succión a -2 cm, es decir, que sólo los poros con capacidad de succión superior a 2 cm puedan llenarse de agua, el abandono reciente se comporta de forma similar al cultivo, pero en el abandono antiguo se ralentiza la infiltración, lo que indica una mayor compactación del suelo. Curiosamente, al aumentar la tensión de succión a -6 cm, es el abandono reciente el que presenta mejor comportamiento frente a la infiltración, es decir, el que tiene una mayor macroporosidad, con tasas de infiltración acumulada muy superiores a las del cultivo. Quizá por ello, no presenta evidencias destacables de erosión, como tampoco se dan en el abandono antiguo, aunque en este caso, el establecimiento de un matorral incipiente, pueda estar dificultando la erosión del suelo.

En La Fuensanta (metamórfico), a cualquier tensión de succión, el cultivo y el abandono reciente se comportan de modo similar, quizá debido al intento de cultivo del abandono reciente, hace unos cinco años, que ha impedido cambios en la porosidad de este suelo en este intervalo de tiempo tan pequeño. El abandono antiguo, en cambio, tiene un comportamiento diferente a los suelos de Corvera y La Murta, aquí a tensiones -0.5 y -2, la infiltración es mucho más lenta que en el abandono reciente y el cultivo, como sucede en las otras áreas, pero a tensión -6 cm, es decir, con entrada de agua solo

Figura 3. Curvas de infiltración acumulada en base al tiempo. AA=abandono antiguo; AR=abandono reciente; C=cultivo.

en los macroporos, la infiltración es mucho más rápida que en el cultivo y el abandono reciente, que evidencia la influencia del estado avanzado de colonización vegetal que presenta esta parcela (raíces y agujeros de microfauna) y, como ya se ha comentado, el papel de la textura más arcillosa de estos suelos. . Por tipología de suelos, la mayor tasa de infiltración se da en los suelos de La Murta de textura franca a franca-arenosa, seguida de los suelos de Corvera (margas) con textura de franca a franca-limosa. Siendo los suelos de La Fuensanta, con textura franca, los que presentan una infiltración más lenta.

5. CONCLUSIONESLos resultados obtenidos muestran una importante variabilidad dependiendo de

las características de los suelos y de la antigüedad del abandono. En términos generales, las tasas de infiltración en zonas cultivadas son superiores que en campos abandonados, lo que significa una menor escorrentía y evidencia la necesidad de mantener políticas de apoyo al mantenimiento de los cultivos, que permitan disminuir el potencial de erosión de estos suelos. Aunque en ciertas áreas como La Fuensanta, la recolonización de la vegetación, favorece la protección del suelo frente a la erosión, el aumento de la escorrentía puede generar problemas en zonas próximas, en tanto no haya una cobertura vegetal bien desarrollada. Las características texturales, especialmente el contenido en arcilla, que como se ha visto, cambian con el abandono, influyen en la variabilidad de la infiltración. Aunque es necesario seguir investigando para determinar el umbral de infiltración y concretar el papel de la textura y los cambios que el abandono produce en ella.

6. AGRADECIMIENTOS Este trabajo se ha realizado en el marco del proyecto 15233/PI/10 financiado por

la Fundación Séneca, a ella nuestro agradecimiento. Los autores desean expresar su agradecimiento a los alumnos que han colaborado en la realización de las pruebas de infiltración.

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