Unidad de Estudio (UE)

La UE (Figura 1) corresponde a un potrero dedicado a la cría de ganado bovino, representativo de las áreas de pastizal, donde también se asienta la agricultura de secano del Bajío del Centro de México (^{Montiel-González et al., 2017}). Se ubica en el área experimental (21.973° N y 102.374° O) del Centro de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Autónoma de Aguascalientes (CCA-UAA). En términos fisiográficos, éste lugar se sitúa en la Sub-Provincia Sierras y Valles Zacatecanos de la Región Sierra Madre Occidental. El clima predominante es seco (BSkw), con promedios anuales de temperaturas y precipitación de 18 °C y 540 mm, respectivamente (^{INEGI, 2017}).

Figura 1: Referencia nacional (a), estatal (b) y municipal donde se localiza la UE (c); vista aérea de la UE (d), cubierta predominante de la UE (e) y vista del color y agregados de muestra de suelo húmedo (f). Figure 1: National (a), state (b) and municipal reference where the EU (c) is located; EU aerial view (d), predominant EU cover (e) and color view and aggregates of wetsoil sample (f). 

De acuerdo al inventario edafológico nacional de la serie II del INEGI (^{INEGI, 2000}), el estudio se centró en un Phaeozem álbico-epiléptico con textura media (PHablep/2), además en forma contigua se identificaron Leptosoles (LE), de textura media. La vegetación predominante del lugar para los estratos medio e inferior comprende especies introducidas desde hace 10 años, de la familia Poaceae, primordialmente se identificaron: Buffel (Pennisteum cialiare), Rhodes (Chloris gayana), Bermuda (Cynodon dactylon), y Chloris vigata. Para la familia Asteraceae se encontró: Adenophyllum porophyllum y Verbesina serrata; además, para la Fabaceas, algunas especies predominantes son: Huizache (Acacia farnesiana, Acacia schaffneri), Mezquite (Prosopis laevigata) y Garruño (Mimosa monancistra).

Diseño Experimental y Obtención de los Parámetros FK

Se definieron tres parcelas o sitios (P1, P2, P3) al azar. De cada sitio se obtuvo una muestra compuesta a partir de sub-muestras elegidas al azar tras un recorrido en zigzag. FK fue estimada (FKe) con base en la ecuación (1) propuesta por ^{Yang (1999)}, en tanto que, FK de referencia (FKr) se determinó con base en la ecuación (2) propuesta ^{Wischmeier y Smith (1978)}, cuyas expresiones son:

donde: MOS es el porcentaje de materia orgánica en el horizonte superficial; M es el parámetro que se define por la notación como M = % de arena fina + % de limo × 100 - % de arcilla; S se refiere al tipo de estructura, que puede tomar los siguientes valores: 1 (gránulo muy fino y grumo fino), 2 (gránulo fino y grumo fino), 3 (gránulo medio y grueso, grumo medio), 4 (gránulo liso, prismático, columnar y muy grueso); P define el tipo de permeabilidad, que cuyos valores pueden ser los siguientes: 1 (muy rápida a rápida), 2 (medianamente rápida), 3 (moderada), 4 (moderadamente lenta), 5 (lenta), 6 (muy lenta).

Además, se utilizó 0.1317 como coeficiente de conversión de unidades del sistema inglés al sistema métrico descrito por ^{Foster et al. (1981)}, y así obtener FK en t h MJ^-1 mm^-1.

Los parámetros de las ecuaciones 1 y 2, con excepción de P, fueron determinados en base a lo descrito en la Norma Oficial Mexicana-021 (^{NOM-021-RECNAT-2000, 2002}). El tipo de estructura, S fue determinado a partir de observaciones de campo sobre el perfil a la profundidad antes indicada, lo cual, fue complementado con el análisis de agregados de una parte de las muestras por medio tamices a diferentes graduaciones menores y mayores de 2 mm. Estos resultados se correlacionaron con los datos de densidad aparente (da), determinada por la técnica de muestras inalteradas con barrena de núcleos. Con la da obtenida se estimó la porosidad total (Pt), como se indica a continuación (Ecuación 3):

donde: dr corresponde a la densidad real y se consideró como valor constante igual a 2.65 g cm^-3. El valor la permeabilidad; P del suelo en cada una de las parcelas se determinó a partir de la conductividad hidráulica saturada (Khs) mediante de pruebas de infiltración in situ con el uso de un Mini-Infiltrómetro de doble anillo (TURF-TEC, mod. 76946). Para representar el movimiento vertical del agua a través del perfil de suelo como fenómeno físico, los datos obtenidos fueron tratados con base en modelo Kostiakov-Lewis (K-L) empleado en estudios semejantes (^{Fotouhi et al., 2012}), cuya Ecuación (4) es la siguiente:

donde: I se define como la tasa de infiltración en cm h^-1; K es un parámetro que depende de las características físicas intrínsecas de la capa edáfica en estudio; t se refiere al tiempo instantáneo en minutos dentro del rango de duración de la prueba y sus valores serán de t = 0 hasta t = t; n es un exponente del tiempo que representa la manera como decrece la tasa de infiltración, cuyos valores deberán ser menores a 0. Los valores de referencia para determinar P, se muestran a continuación (Cuadro 1).

Para definir la clase de infiltración (Cuadro 1), las Khs estimadas con base en el modelo K-L antes descrito, fueron convertidos mediante logaritmo base 10, como producto; esto en virtud de que se trata de expresión matemática de forma potencial (Ecuación 3).

Análisis Estadístico

El análisis estadístico comprendió la sistematización de información de campo y laboratorio en tablas de Excel. Para determinar diferencias estadísticas, se llevó a cabo un análisis de varianza al 99% (α = 0.001), considerando como única fuente de variación el valor FK obtenido por parcela mediante la Ecuación 1 de ^{Yang (1999)} para FKe y la Ecuación 2 de ^{Wischmeier y Smith (1978)} para obtener factores de erodabilidad de referencia FKr.

Caracterización Edáfica

La caracterización edáfica, se llevó a cabo a partir cuatro propiedades claves en la determinación de su erodabilidad de acuerdo a lo descrito anteriormente (Sección 2.2): 1) proporción relativa de minerales primarios (arena, limo y arcilla), 2) relación masa/volumen (da y Pt), y 3) materia orgánica del suelo. Los resultados indican que debido al predomino de arena (50%) y proporciones de limo y arcilla cercanas entre sí, la clase textural de los sitios P1 y P2 es Francosa (C), en tanto que para el sitio P3 con casi 54% de arena, la clase textural corresponde a la Franco arenosa (Ca) y debido a que los porcentajes de MOS son de alrededor del 4%, los tres sitios califican como alta. La da tuvo una variación de 100 kg con respecto al promedio de las tres parcelas (Cuadro 2).

Las constantes de humedad para capacidad de campo (CC) y punto de marchitez permanente (PMP) tuvieron una variación de 0.7 y 0.4%, respectivamente. Para ambas variables, las diferencias más importantes se dieron entre los sitios P1 y P3 que fueron de 1.4% para CC y 0.7% para PMP (Cuadro 2).

Además, como parte de la descripción morfológica se determinó el color del suelo, tanto en seco como en húmedo, de cuya visualización mediante el uso de la tabla de colores Munsell, presentó una variación de café (7.5 YR 5/2) a negro muy obscuro (7.5 YR 3/1), respectivamente (Figura 2).

Figura 2: Hojas de la tabla de colores Munsell (a y c), y muestras de suelo evaluadas en seco (b) y húmedo (d). Figure 2: Munsell color chart sheets (a and c), and soil samples evaluated dry (b) andwet (d). 

Permeabilidad

La clase de permeabilidad definida a partir de pruebas de infiltración in situ permitió distinguir el movimiento del agua en condiciones insaturadas y saturadas. La primera, se reconoce como flujo dinámico o transitorio (Ft), en tanto que la segunda como flujo estacionario (Fe). La duración de las pruebas fueron de 45 min para cada sitio, de manera que los cambios de sucesión de Ft a Fe, delimitadas por una línea roja vertical, tuvieron un rango de alrededor de 0-20 min (Figura 3).

Figura 3: Comportamiento gráfico promedio del movimiento del agua a través del perfil a 30 cm de profundidad en los tres sitios de prueba (parcelas: P1, P2 y P3). Figure 3: Average graphical behavior of water movement through the profile at 30 cm depth at the three test sites (plots: P1, P2 and P3). 

Como parte de las pruebas de infiltración, se tomaron muestras para determinar humedad inicial (hi) y final (hf). El promedio de la hi en los tres sitios fue 2.7% (±1%), en tanto que el promedio de la hf fue de 26.1% (±6.7%). El sitio P2 mostró la mayor capacidad de humedad a saturación, al superar al P1 y P3 en 1.4 y 1.8 veces respectivamente (Cuadro 3).

Con base en los valores medidos en campo desde t= 0 hasta t = 30 (min), para los tres sitios (P1, P2, P3) se obtuvieron los modelos potenciales (negativos), cuyos coeficientes de estimación resultaron suficientemente confiables por tener valores (R²) ≥ 0.82. A partir de éstos modelos se calcularon las tasas de infiltración en cm h^-1 para las condiciones de flujo transitorio o dinámico (Kh _te ) y para el flujo estacionario (Kh _se ). Al final, con esta prueba, se observó que la conductividad hidráulica en el sitio P1 es dos veces menor que la registrada en P2 y P3 (Cuadro 3).

Erodabilidad o Factor K

La erodabilidad edáfica o factor K, fue calculada a partir de los parámetros anteriormente definidos, y conforme a lo descrito en la metodología los valores del factor K estimados (FKe) fueron semejantes para los tres sitios muestreados, ya que promediaron 0.071 t h MJ^-1 mm^-1 (±0.001); al comparar éstos valores con los obtenidos a partir de la Ecuación (2) propuesta por ^{Wischmeier y Smith (1978)}, los valores promedio fueron de 0.057 t h MJ^-1 mm^-1, cuya diferencia para C y Ca, fue de 3 milésimas (0.003) (Cuadro 4).

El análisis de los datos del Cuadro 4, revelan diferencias importantes entre FKe y FKr que son de +0.014, +0.0149 y +0.0152, para P1, P2 y P3, respectivamente. Diferencias que representan subestimaciones en una magnitud 1.25 veces menores para FKr con respecto a FKe. Además de ello, del análisis estadístico se descarta la hipótesis nula (H₀) de similitud para los promedios de cada sitio evaluado (P1 = P2 = P3); es decir, se observaron diferencias altamente significativas con una probabilidad del 99% considerando la comparación entre los grupos KFr y KFe (Cuadro 5).

La erodabilidad es un proceso dinámico que varía por la interacción de factores físicos, químicos y mineralógicos del suelo. Diversos mecanismos de la erosión operan al mismo tiempo y cada uno está relacionado con una propiedad específica del suelo (^{USDA-ARS, 1997}; ^{Fotouhi et al., 2012}; ^{Wang et al., 2014}; ^{Wang et al., 2018}), refieren que la valoración de FK, además de ser necesaria para predecir pérdida de suelo, también lleva a comprender los mecanismos y procesos erosivos que describen la resistencia al impacto de la lluvia debido a propiedades internas o intrínsecas del mismo suelo.

Los Molisoles, presenta un horizonte superficial de color oscuro derivado de su riqueza en materiales húmicos finamente divididos que contribuyen en el obscurecimiento de la capa superficial del suelo, generalmente en el horizonte A, saturado en cationes bivalentes con predominio del catión calcio (Ca²⁺), bien estructurado, suave y espeso (^{Bhattacharyya et al. 2006}); descripción que coincide con los horizontes de diagnóstico identificados en campo con base en la metodología de la WRB (^{IUSS, 2015}): PHablep/2; donde ab significa que éste suelo tiene un color “albico” o blanco y le de “leptico” que significa presencia de material parental; ambos calificadores coinciden que se localizan a una profundidad mínima de 1 m.

De acuerdo a lo antes descrito, los valores obtenidos para FKe parecen más razonables que los de FKr, ya que para el PH hay cuatro aspectos intrínsecos definidos (Ecuaciones 1 y 2) que funcionan como limitantes principales para puntualizar su capacidad de resistencia a la erosión, justamente los mismos que mencionan ^{Bonilla y Johnson (2012)} para Molisoles de la región Central de Chile, de un total de 535 series de suelo, en el 67% los valores FK fueron entre 0.03 and 0.05 t h MJ^-1 mm^-1. Además, ^{Wang et al. (2018)} reportan como indicadores anti-erodabilidad para los suelos negros (“heitu”) de Loess Plateau (China) valores FK medidos a nivel de parcela en un rango de 0.713 a 4.467 t h MJ^-1 mm^-1.

Las discrepancias mostradas (Cuadro 4) entre FKr y FKe, son razonables considerando los gradientes que se presentan para las variables que definen la erodabilidad edáfica, sobre todo tomando en cuenta también muchos otros factores y propiedades que influencian la erodabilidad, así como la incompleta e inadecuada base de datos de estudios antes realizados (^{Wang et al., 2014}). Con base en éste razonamiento, sería cuestionable emplear, al menos para Molisoles, valores FK basados solamente en la textura, ya que se minimizarían en gran medida las estimaciones de erosión; por ejemplo ^{Montes-León et al. (2011)} para crear el mapa de erosión potencial emplearon valores de FK para suelos PH solo en función de la textura (gruesa = 0.013; media = 0.02 y fina = 0.007 t h MJ^-1 mm^-1), los cuales están muy por debajo de lo que se reporta en el presente estudio.

Por último, es importante mencionar que ^{Yang (1999)} obtuvo la ecuación empleada en el presente estudio (1), a partir numerosos experimentos, basados en la nomografía de ^{Wischmeier y Smith (1978)}, mediante parcelas de escurrimiento bajo condiciones naturales en la Provincia de Yunan, China.