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Introducción
La región del altiplano del estado de Tamaulipas, México, es un territorio semiárido que presenta severos problemas de erosión, tanto de tipo eólica como hídrica, provocando la pérdida de la capa superficial del suelo y acumulaciones de materiales transportados, así como la presencia de múltiples y profundas cárcavas debido a las precipitaciones pluviales que aunque son escasas son de tipo torrencial. En los predios de uso agrícola del ejido San Antonio, municipio de Jaumave, se tiene una severa erosión hídrica que ha generado cárcavas que desembocan en el río Chihue, en los puntos de concentración de la escorrentía proveniente del sistema montañoso al poniente del área mencionada (Martínez-Menes et al., 2009). Según Kirkby (1984), las cárcavas son canales superficiales formados cuando los arroyuelos se combinan, se desarrollan al grado de que no pueden ser eliminadas por las operaciones normales de labranza.
Cuando las cárcavas evolucionan con crecimiento en sentido contrario al flujo de agua de escorrentía, toman el nombre de cárcavas por erosión remontante. Este tipo de erosión puede ocurrir en suelos ubicados junto al cauce de un río, a través de la expansión de una cárcava que comienza como una incisión fluvial sobre el barranco a un lado del río. La incisión tiene lugar en el punto donde se concentra el mayor flujo de agua de escorrentía proveniente de áreas contiguas para desembocar en el cauce fluvial. La profundización de la incisión provoca el crecimiento de la cárcava por derrumbamiento al desplazarse sus cabeceras hacia atrás (Duque, 2007).
Los volúmenes de agua que se originan en la microcuenca que concurre en los suelos agrícolas del ejido San Antonio durante los periodos lluviosos, fluyen sobre la superficie de las tierras de cultivo, las cuales son planas o de muy poca pendiente (0 a 2%), al verterse en las cárcavas que desembocan en el río, provocan la formación o crecimiento de grandes y profundas cárcavas de tipo remontante, disminuyendo la superficie productiva del terreno y provocando fuertes pérdidas de suelo. Debido a lo anterior la evaluación, prevención y búsqueda de una solución a esta problemática resulta esencial. El control de cárcavas remontantes se hace más urgente cuando la cabeza de ésta crece hacia arriba y hacia los lados, luego de cada temporada de lluvias y a menos que el proceso sea detenido oportunamente, pone en peligro el resto de la parcela (Rivera-Posada, 1998).
A nivel local o in situ los principales métodos para cuantificar el suelo que se ha perdido por erosión son: transectos de cárcavas, clavos con rondanas, corcholatas de botella y lotes de escurrimiento (Anaya et al., 1977), mientras que de manera remota los métodos de evaluación de la erosión en cárcavas, basados en las imágenes de satélite, son las técnicas más apropiadas sobre todo en zonas semiáridas donde hay poco recubrimiento vegetal (García y Pérez, 2005). A partir de 1972, con el desarrollo del programa Landsat, el uso de imágenes digitales desde satélites se volvió frecuente en el estudio y evaluación de los recursos naturales en general, incluyendo estudios sobre erosión del suelo. Los productos comercializados, obtenidos a partir de los sensores instalados en los satélites Landsat y SPOT han permitido la realización de inventarios y estudios sobre erosión de suelos de manera significativamente más precisa, pasando de un nivel regional a la evaluación del fenómeno a nivel local (Bocco y Valenzuela, 1988). Las imágenes de satélite Landsat TM se destacan por su alta resolución espacial y espectral y por poseer dos bandas del infrarrojo medio, óptimas para los estudios de suelos (Lee y Lee, 1988). El acceso a imágenes de diferentes sensores caracterizados por altas resoluciones espectrales, espaciales o temporales permiten analizar estos problemas desde distintos enfoques. La degradación de suelos representa un grave problema ambiental y debe ser abordado mediante información espacial actualizada. Para analizar variaciones multitemporales se ha utilizado también el proceso de detección de cambios mediante la diferencia entre imágenes. Este proceso consiste en restar los valores entre dos fechas, de forma que se obtiene una nueva imagen en la que se resaltan las diferencias entre ambas. En general las imágenes de satélite resultan muy útiles para analizar aquellos procesos que han producido modificaciones muy acusadas en la superficie del suelo (García y Pérez, 2005). Los grandes avances en el desarrollo de la Percepción Remota e Informática han posibilitado la gestión de los recursos naturales, incluyendo el suelo (Maya et al., 2004). Sin embargo, a pesar de que la información contenida en las imágenes de satélite es de alta resolución, tanto espacial como espectral, existen algunos inconvenientes que particularmente en países subdesarrollados han impedido su aplicación en diferentes disciplinas. Entre estos inconvenientes se pueden señalar los altos costos de las imágenes en formato digital y los extensos tiempos para su adquisición (López y Palacio, 1995). En cuanto al estudio de la erosión en cárcavas, las imágenes de satélite pueden ser una herramienta útil para determinar la evolución de estos canales formados por erosión remontante, en ellas se puede observar la cabecera de la cárcava a diferentes tiempos y determinar la distancia de desplazamiento de la cabecera en los periodos de interés. El presente estudio se llevó a cabo con la finalidad de conocer el crecimiento de las cárcavas en el periodo de 2003 a 2010 y estimar las pérdidas de suelo y de superficie productiva del terreno provocadas por la erosión remontante en dos predios agrícolas del ejido San Antonio, municipio de Jaumave, Tamaulipas, utilizando imágenes de satélite y medición directa de las dimensiones de las cárcavas.
Materiales y métodos
Descripción del Área de Estudio
El municipio de Jaumave se ubica al Oeste del estado de Tamaulipas. El área de estudio se localiza en el centro de este municipio, donde los terrenos son de uso agrícola y pecuario en el ejido San Antonio. Para evaluar la erosión hídrica en cárcavas en estos lugares se designaron dos sitios de estudio, afectados severamente por la erosión remontante, uno en el área agrícola (Chihue) y otro en potreros dedicados en el pasado a la producción de bovinos en agostadero (Alamar).
Sitio Chihue
En un área agrícola junto al río Chihue se seleccionó una cárcava representativa de un conjunto de grandes cárcavas (12 a 20 m de ancho) ramificadas y profundas (5 a 12 m) que desembocan en el margen derecho de dicho río. Esta cárcava se eligió debido a su mayor desarrollo y a que muestra una grave problemática de erosión remontante dentro de una parcela de cultivo. Este es el tipo de erosión que mayor degradación del suelo provoca en el área agrícola de la región. Varias parcelas agrícolas más han sido afectadas severamente por el crecimiento de las cárcavas, a pesar de que cuentan con cobertura vegetal abundante, ya sea por las plantas de maíz y frijol que son los cultivos más utilizados o por la vegetación autóctona a base de plantas rastreras como Cynodon dactylon, Malvastrum americanum, Clematis montevidensis que crecen en los terrenos después de la cosecha. La desembocadura de esta cárcava en el río Chihue se localiza en las coordenadas 23º 35' 57.47'' N y 99º 21' 13.93'' O mientras que la cabecera se encuentra en 23º 35' 56.0'' N y 99º 21' 25.5'' O (Figura 1).
Sitio Alamar
Es un predio que en el pasado se dedicó a la producción de bovinos por pastoreo en agostadero, en él hay una cárcava de 2 a 4 m de profundidad. Se localiza en el km 130 de la carretera Cd. Victoria-Jaumave, cerca del cruce con el arroyo Alamar. Este arroyo es también un afluente del río Chihue y su desembocadura se localiza a unos 4 km al oriente de dicha carretera. A diferencia del sitio Chihue en este lugar la vegetación es escasa y está conformada por algunos zacates, arbustos y otras hierbas (Acasia Farnesiana, Cenchrus ciliaris, Bothriochloa pertusa, Allionia incarnata y Parthenium hysterophorus). La cabecera principal de la cárcava se encontró en las coordenadas 23º 33' 52.16'' N y 99º 20' 35.17'' O, mientras que el final del tramo estudiado se ubicó en las coordenadas 23º 33' 44.9'' N y 99º 20' 46.5'' O (Figura 2).
Características de los Suelos
El suelo dominante en los sitios de estudio es Fluvisol calcárico (García, 1982) que es un suelo profundo, de más de 2 m, derivado de depósitos aluviales por transportación fluvial y depósito de materiales, de permeabilidad moderada y buen drenaje superficial e interno, de topografía plana u ondulada y pendientes de 0 a 2%. Los suelos del área de estudio presentan textura franco arcillosa, alto contenido de carbonatos de calcio (más de 33%), pH medianamente alcalino (alrededor de 8) bajo contenido de sales solubles y sodio y nivel medio de materia orgánica (2 a 2.4% respectivamente). La densidad aparente en la capa superficial (0-50 cm) es en promedio 1.29 Mg m-3 mientras que a más de 50 cm de profundidad se tiene una densidad de alrededor de 1.5 Mg m-3 (Cuadro 1).
Cobertura Vegetal del Suelo
En el sitio Chihue, además de los cultivos de maíz (Zea mays) y frijol (Phaseolus vulgaris) se tiene una cobertura vegetal del suelo muy densa que impide la erosión laminar o en surcos. Sin embargo por su naturaleza y por los grandes flujos de agua de escurrimiento superficial la erosión remontante es muy intensa. Las principales especies silvestres encontradas (Treviño-Carreon, 2005) fueron: mezquite (Prosopis alba), huizache (Acasia farnesiana), zacate Johnson (Sorghum halepense), zacate buffel (Cenchrus ciliaris), zacate carretero (Bothriochloa pertusa), gramilla (Cynodon dactylon), (Malvastrum americanum), amargoso (Parthenium hysterophorus), chayotillo (Xanthium stromarium), girasol silvestre (Thitonia tubiformis), barba de chivo (Clematis montevidensis). En el sitio Alamar se tiene una cubierta vegetal escasa por lo que el suelo está más expuesto a la erosión. Las plantas más comunes en este sitio son: mezquite (Prosopis alba), huizache (Acasia farnesiana), zacate buffel (Cenchrus ciliaris), zacate carretero (Bothriochloa pertusa), (Allionia incarnata) y amargoso (Parthenium hysterophorus).
Precipitación Pluvial
La precipitación media anual en el área de estudio es de 554 mm según la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA). En la Figura 3 se presenta la precipitación media de cada uno de los años correspondientes al periodo de estudio de la presente investigación (2003-2010). Los datos fueron proporcionados por la CONAGUA en 2012 de la estación meteorológica Plan de Ayala, Jaumave Tamaulipas, que es el punto de medición más cercano a los sitios experimentales y se encuentra aproximadamente a 5 km del sitio Chihue.
Medición del Avance de las Cárcavas por Erosión Remontante
Para estimar el crecimiento de las cárcavas por erosión remontante y la pérdida de suelo y superficie productiva asociada a este incremento, entre los años 2003 y 2010, se utilizaron imágenes de satélite Landsat, de alta resolución (60 cm de resolución pancromática por pixel). En cada uno de estos años se obtuvieron de las imágenes de satélite la posición de la cabecera principal de cada cárcava (Figura 4). Las coordenadas de las cabeceras durante el año 2010 se determinaron con base en la medición directa de la distancia de desplazamiento de la cabecera de la cárcava utilizando cinta métrica sobre el terreno.
(Imágenes tomadas de Google Earth, Image 2010, Digital Globe).
Figura 4 Imágenes de satélite de las cárcavas estudiadas Chihue (izquierda) y Alamar (derecha) que muestran la ubicación inicial de la cabecera principal. A partir de esta posición de la cabecera de cada cárcava, se midió el avance de las mismas sobre imágenes similares del año 2006.
La distancia entre cabeceras, que representa el crecimiento de la cárcava en cada periodo, se midió por medio del programa Arc Explorer 2 MR (ESRI, 2011), herramienta utilizada para medir la distancia entre dos puntos sobre las imágenes de satélite. Con la ayuda de este programa se midió en la imagen la distancia entre las coordenadas de los bordes de la cabecera entre 2003 y 2006 así como entre 2006 y 2010. Los datos de las coordenadas y distancias correspondientes al avance de las cabeceras de cada cárcava se presentan en el Cuadro 2.
Estimación de la Pérdida de Suelo por Erosión Remontante
Una vez estimado el desplazamiento de la cabecera principal de cada cárcava se midieron in situ la anchura y profundidad promedios en julio del año 2010 para cada una de las cárcavas estudiadas, en los tramos formados por erosión remontante desde el año 2003. Con esta información y los datos de la densidad aparente del suelo se calculó el área, volumen y peso de suelo perdido para cada período.
Resultados y discusión
Desplazaminento de la Cabecera Principal de la Cárcava y Pérdida de Suelo en el sitio Chihue
En el sitio Chihue los suelos estuvieron afectados principalmente por la erosión remontante. No se observó erosión laminar y en surcos debido a la abundante cobertura vegetal con base en zacates, plantas rastreras y cultivos de maíz y frijol así como a la pequeña pendiente de los suelos (de 0 a 2%). La baja o nula tasa de erosión laminar y en surcos en este sitio se debió también a que el agua de escorrentía no provino de la precipitación pluvial sobre los predios estudiados, sino que en su mayoría provino de las montañas aledañas a través de varios arroyos que vertieron el agua sobre el valle de los suelos de cultivo. Al ingresar grandes volúmenes de agua de escorrentía a estas tierras, la densa cubierta vegetal y la poca pendiente impidieron la erosión superficial pero se produjo por el contrario una intensa erosión remontante al verterse el agua de escorrentía al lecho de las cárcavas en forma de cascada.
Se encontró que la cárcava del sitio Chihue creció en longitud 46 m en este período, lo que significó que la pérdida de suelo fue grande; se estimaron 5289.7 m3 en esos siete años, que representan 755.7 m3 (1042.8 Mg) en promedio de pérdida de suelo por erosión remontante cada año (Cuadro 3). Este tipo de erosión ocurrió debido al origen aluvial de los suelos, a los grandes volúmenes de agua que ingresaron desde las montañas aledañas, a través de varios arroyos, a las tierras de cultivo y a la presencia del río Chihue en la parte oriental del valle. El agua al desembocar en el río a través de la cárcava estudiada, provocó el crecimiento de ésta a razón de unos 6.6 m año-1. Duque (2007), señala que la formación de cárcavas sobre suelos aluviales con sedimentos areno-arcillosos, como los suelos en estudio, están condicionadas por el encajamiento de un curso fluvial próximo, con desplazamiento hacia una de las paredes del valle, de manera que la profundización del valle obliga a los barrancos a erosionarse aguas arriba, desplazando sus cabeceras hacia atrás.
Desplazamiento de la Cabecera Principal de la Cárcava y Pérdida de Suelo en el Sitio Alamar
Al igual que en el sitio Chihue este tipo de erosión ocurrió debido al origen aluvial de los suelos y a los grandes volúmenes de agua que ingresaron desde las montañas aledañas a los potreros y que al verterse en forma de cascada sobre la cabecera principal de la cárcava estudiada, provocó el crecimiento longitudinal de la misma en aproximadamente 38.2 m de 2003 a 2010, lo que significa un incremento promedio de 5.5 m por año y una pérdida de suelo por erosión remontante de 374 Mg año-1 (Cuadro 4).
Cuadro 4 Crecimiento de la cárcava y pérdida de suelo por erosión remontante estimada en la cabecera principal del sitio Alamar durante dos periodos comprendidos del 2003 al 2010. La estimación se hizo por medio de mediciones sobre imágenes de satélite.
† valores promedio.
En esta región las precipitaciones no son muy altas pero las lluvias ocurren a menudo de manera torrencial lo cual provoca avenidas grandes de escorrentía e intensa erosión remontante en las cárcavas. Como se puede observar en la Figura 3, la precipitación pluvial en el área de estudio fue de 600 a 700 mm en el periodo de 2003 a 2006 y entre 500 y casi 1300 mm en el periodo de 2006 a 2010. La elevada precipitación en el último año (casi 1300 mm) se debió a la ocurrencia del huracán Alex, que provocó escurrimientos excepcionales y por lo tanto una intensa erosión remontante en el año 2010; debido a este huracán la cárcava del sitio Chihue creció más de 20 m en la cabecera principal.
Degradación del Suelo en los Predios Chihue y Alamar
La erosión remontante fue mayor en el sitio Chihue en comparación con la localidad de Alamar, aunque en ambos lugares la afectación del suelo fue muy grande. En el primer sitio el área agrícola afectada por el avance de la cárcava en su cabecera principal fue en promedio 176 m2 por año, mientras que en el segundo el área perturbada por esta erosión cada año fue de 76 m2 en la cabecera principal. La diferencia entre ambos sitios se debió a que en la localidad de Chihue el caudal máximo de agua de escurrimiento en la cárcava estudiada, calculado por la ecuación de Manning (Chow, 1994) fue mayor (14.216 m3 s-1) en comparación con el caudal de la cárcava del sitio Alamar (1.845 m3 s-1).
La pérdida de suelo estimada en el presente estudio fue superior a la tasa de erosión considerada como tolerable: 1.8 Mg ha-1 año-1 (Torres, 1981). La superficie dañada por la incursión de las cárcavas en las tierras de siembra también fue muy superior a las cifras anuales reportadas en otros lugares de México y el mundo. Romero (2002) afirma que la pérdida de suelo estimada mediante la ecuación universal RUSLE en la región de Murcia España, fue en promedio de 30 a 40 Mg ha-1 año-1 (0.003 a 0.004 Mg m-2 año-1) valor considerado como moderado. Casalí et al. (1999) estimaron la pérdida de suelo en 266 Mg ha-1 año-1 (0.0266 Mg m-2 año-1) en Navarra, España y consideró esta cifra como una merma por encima de niveles tolerables. Pereyra et al. (2005) señalaron como muy altas las pérdidas de suelo de 224 Mg ha-1 año-1 (0.0224 Mg m-2 año-1) estimadas en suelos de Veracruz, México. En Segovia, España, se produjeron tasas de exportación de sedimentos próximas a las 10 Mg ha-1 para una cantidad de precipitación de 39 L m-2 en 72 horas, en cárcavas desarrolladas sobre sedimentos arenosos arcósicos (Duque, 2007), lo cual representa una pérdida de suelo de alrededor de 300 Mg ha-1 año-1 (0.03 Mg m-2 año-1).
Dentro de la superficie agrícola ubicada junto al río Chihue, donde se encuentra una de las cárcavas estudiadas, existen además otras cinco cárcavas de dimensiones similares que desembocan en este río, con lo cual se multiplica la superficie afectada por la degradación de los suelos debida a la erosión remontante.
Conclusiones
La degradación del suelo por erosión remontante fue muy severa en las tierras de siembra del ejido San Antonio en el periodo de 2003 a 2010, debido al crecimiento de las cárcavas dentro de las parcelas. El avance de las cabeceras en sentido contrario al flujo de agua de escorrentía fue de entre 5.5 y 6.6 m año-1 (374 a 1042.8 Mg año-1) lo que representa una pérdida de la superficie productiva del suelo de 76 a 176 m2 año-1 (267 a 756 m3 año-1) en las cabeceras principales de las cárcavas Chihue y Alamar. Pérdidas similares ocurren en otras muchas cárcavas (más de 10) que invaden a las tierras productivas y que vierten sus aguas en el río Chihue, provocando un deterioro irreversible de las tierras productivas del ejido, debido a la profundidad de las cárcavas de más de 3.5 m.
La pérdida de suelo por erosión remontante en las tierras de cultivo del ejido San Antonio, es superior a la tasa considerada como tolerable: 1.8 Mg ha-1 año-1.
La erosión de los suelos en el ejido San Antonio es un problema grave que debe ser atendido a la mayor brevedad ya que de no hacerlo, en un tiempo relativamente corto, la mayoría de las tierras cultivadas podrían perderse irreversiblemente.
Para detener el problema de erosión es necesario evitar que los grandes volúmenes de agua de escorrentía fluyan por encima de las parcelas. Esto se lograría con la construcción de canales revestidos de concreto para el desfogue del agua, con desembocadura en el río Chihue, a fin de desviar los diversos cauces antes de que la escorrentía penetre y erosione las superficies de siembra. Aunado lo anterior, se deben diseñar y realizar prácticas de conservación de los suelos que prevengan los procesos de erosión y que permitan restaurar parte de las tierras degradadas.
