Evaluation of the vulnerability to agroenvironmental degradation through the use of the MicroLEIS system in soils of the central plains of Venezuela
Diosey Ramón LUGO–MORIN1 y Juan Carlos REY2
1 Instituto Nacional de Tierras (INTi). Urb. Vista Alegre, C/ San Carlos. Qta. La Barranca. C.P: 1010 Caracas. Venezuela. Correo electrónico: morin@colpos.mx
2 Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas (INIA/CENIAP). Av. Universidad, El Limón. Apdo. 4653 Maracay 2105. Venezuela. Correo electrónico: jcrey@inia.gov.ve
Recibido octubre 2007 ]]> Aceptado agosto 2008
RESUMEN
La degradación de suelos agrícolas en Venezuela está actualmente en franco crecimiento, debido fundamentalmente a problemas relacionados con prácticas de manejo inadecuadas en diferentes usos agropecuarios. Con el propósito de realizar una evaluación del riesgo o vulnerabilidad a la erosión hídrica y a la agrocontaminación del sector Río Orituco–Chaguaramas del Estado Guárico de Venezuela, se evaluaron catorce unidades de tierra de la zona de interés frente a cuatro diferentes usos agropecuarios: maíz, sorgo, pasto con y sin fertilización. La evaluación se realizó con el sistema informático denominado MicroLEIS, a través del modelo Raizal (erosión hídrica) y Pantanal (agrocontaminación), los cuales permiten determinar la vulnerabilidad potencial, de manejo y actual agroambiental. Los resultados indicaron que la vulnerabilidad actual a la erosión hídrica bajo los usos de maíz y sorgo, fueron altas y muy altas en 30% del área de estudio debido a la confluencia de suelos con alta erosionabilidad y el uso de prácticas de manejo convencionales; sin embargo, para los pastos la vulnerabilidad actual a la erosión hídrica fue baja en toda el área, debido a la buena cobertura que ofrece y a la baja carga animal que utilizan los sistemas ganaderos de la zona. Por otra parte, la vulnerabilidad actual a la agrocontaminación por fósforo, nitrógeno, metales pesados y plaguicidas para los usos de maíz, sorgo y pastos con fertilización fue alta en más del 65% de la superficie, debido al uso excesivo de agroquímicos de alta persistencia en combinación con la susceptibilidad de los suelos a la alta escorrentía superficial, la baja capacidad de absorción de cationes (textura y mineralogía) y la baja capacidad de biodegradación de los pesticidas (bajos niveles de materia orgánica). Mediante la elaboración de mapas se ubica cuales son las zonas de mayor vulnerabilidad donde se recomienda la implementación de prácticas como el uso de cultivos protectores (pastos) en rotación con cultivos más limpios (maíz y sorgo), uso de mulch, labranza conservacionista y labranza en contorno con barreras vivas para el maíz y el sorgo, uso de franjas amortiguadoras intercaladas con cultivos limpios, el uso de agroforestería para las explotaciones ganaderas y el uso racional de agroquímicos para evitar los problemas de contaminación ambiental.
Palabras clave: Zea mays, Sorghum bicolor, pastos, erosión, agrocontaminación, MicroLEIS.
ABSTRACT
The agricultural ground degradation in Venezuela is dramatically increasing, mainly due to problems related to inadequate practices in handling different farming usages. In order to make an evaluation of the risk or vulnerability to the hydric erosion and the agrocontamination of the Orituco River–Chaguaramas Sector of the Guarico State of Venezuela, fourteen land units of the zone of interest were evaluated within four different farming usages: maize (Zea mays), sorghum (Sorghum bicolor) and pasture with–without fertilization. The evaluation was done with Raizal and Pantanal models, a land evaluation decision support system (MicroLEIS) which allowed to determine the potential, present and handling vulnerability, according to the erosion (water) and agrocontamination risks. The results indicated that the present vulnerability to the hydric erosion under the uses of maize and sorghum, was high and very high in 30 % of the area of study due to the ground confluence with high erosionability and the use of conventional handling practices; however, for the pasture the present vulnerability to the hydric erosion was low in all the area, due to the good cover it offers and to the low animal load used by the cattle systems of the zone. On the other hand, the present vulnerability to agrocontamination by phosphorus, nitrogen, heavy metals and pesticides for the uses of maize, sorghum and pasture with fertilization was high in more than 65 % of the area due to the excessive use of high persistence agrochemicals in combination with the susceptibility of grounds to the high surface run–off, the low absorption capacity of cations (texture and mineralogy) and the low biodegradation capacity of the pesticides (low levels of organic matter). Through maps, the most vulnerable areas are located where is recommended the implementation of practices such as the usage of protective cultures (pasture) in rotation with cleaner cultures (maize and sorghum), the use of mulch, conservationist tillage systems and tillage in contour with alive barriers for the maize and the sorghum, intercalating strips of land with clean crops, the use of agroforestry for cattle operations and the rational use of agrochemicals to avoid problems of environmental pollution.
Key words: Zea mays, Sorghum bicolor, pasture, erosion, agrocontamination, MicroLEIS.
]]> INTRODUCCIÓN
El creciente énfasis sobre la agricultura sostenible está asociado a la convicción de que los recursos naturales son finitos, así como a los problemas crecientes y generalizados de degradación ambiental y a la necesidad de preservar los recursos naturales para uso a largo plazo. Las variadas formas de degradación de los suelos, derivadas primordialmente del uso y manejo que se le da a las tierras, se han transformado en la mayor limitación para la expansión e intensificación de la agricultura en todo el mundo, y especialmente en las regiones tropicales y subtropicales. Es decir, son los principales obstáulos para la producción de los futuros requerimientos de alimentos para la población mundial en su conjunto. Los procesos más extendidos y dañinos de degradación de los suelos son la erosión hídrica y eólica, compactación, sellado y encostramiento, pérdida de materia orgánica, salinización y acidificación y acumulación de tóxicos, todos los cuales a su vez provocan un continuo deterioro de las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos (Pla 1993, RELACO 1995, Becerra 1998, de la Rosa y Crompvoets 1998, Valetin e Ingram 1998, Cerdá y Lavee 1999, Mendoza et al. 2001, Pando et al. 2003, Schoijet 2005).
La erosión hídrica es un problema ambiental global de gran relevancia; en la mayoría de los países la tasa de erosión hídrica en tierras agrícolas oscila entre 20 y 50 Mg•ha-1año-1. Se estima que la pérdida anual de tierras agrícolas es de 3 millones de hectáreas, debido a la erosión de suelo y 2 millones de hectáreas, debido a la desertificación a nivel mundial (Miller 1994, López 2001). Las zonas topográficas irregulares son las más propensas a que se produzca este tipo de degradación, pero los riesgos cambian de magnitud con las diferentes unidades de tierra.
La erosión hídrica, a través de la remoción y sedimentación del suelo superficial, altera las propiedades físicas y químicas de los suelos, afectándose los procesos que regulan la productividad del ecosistema. Podría decirse que es la forma más completa e integral de degradación de suelo; ya que reduce la reserva de nutrientes, disminuye el volumen efectivo de raíces y con ello reduce las reservas de agua utilizables por la planta. Por otra parte, provoca daños ambientales en zonas fuera del lugar donde ocurre la remoción del suelo (Casanova et al. 1989, Pla 1993, RELACO 1995, Bonnieux et al. 1998, Goulding y Blake 1998, Guadagnin et al. 2005).
En Venezuela los problemas de erosión hídrica, que en el pasado estuvieron concentrados en las partes altas cultivadas de la Cordillera de Los Andes y donde han quedado profundas huellas, se han desplazado al sur hacia los Llanos Occidentales (partes altas de los ríos Uribante, Santo Domingo, Masparro, Boconó, Guanare, Acarigua) y hacia la región centro–occidental al este (Tucuyo), con desarrollos agrícolas temporales o permanentes, en áreas con altas pendientes que se han deforestado y se siguen deforestando sin ningún control. En la actualidad, las altas pendientes no son el problema principal, sino que en los últimos 15–20 años se ha alcanzado una pérdida de suelo por erosión en 36% de las áreas con topografía ondulada, de colinas suaves con pendientes moderadas. En ellas se ha extendido una parte importante de la producción de cereales (maíz y sorgo), y de algunos otros cultivos como algodonero y girasol, en el norte de los Llanos centrales y orientales, Centro–Occidentales y en el área de San Francisco de la Paragua en el estado Bolívar (Pla 1988, 1990, Mogollón y Comerma 1994, Lugo–Morin 2007).
La agrocontaminación al igual que la erosión no deja de ser un problema ambiental relevante, ya que la composición y características generales de los contaminantes es muy variada, por lo que la interacción de los mismos con los componentes edáficos puede ser múltiple y ocurrir simultáneamente varios tipos de reacciones (redox, de precipitación, de absorción, etc.) (Vázquez–Alarcón et al. 2001). Autores como Delgado y López (1990), Waliszewski e Infanzón (2003) indican que los fosfatos, los compuestos orgánicos nitrogenados y los insecticidas organoclorados y otros son ejemplos de sustancias que son transportadas por adsorción, en los sedimentos y semillas. El cobre y otros metales pesados que son constituyentes de algunos biocidas también son fuertemente adsorbidos por los coloides del suelo.
En Venezuela, la producción de algunos rubros agrícolas con aplicaciones elevadas de agroquímicos, en particular de pesticidas, como ocurre con la producción hortícola y cerealera, se lleva a cabo en áreas donde frecuentemente existen severos riesgos de erosión hídrica (Casanova et al. 1989, Delgado y López 1990).
Diversos autores señalan que la degradación de los suelos agrícolas en Venezuela está en franco crecimiento debido a problemas relacionados con prácticas de manejo inadecuadas en diferentes usos agropecuarios (Pla 1981, 1988, 1990, Casanova et al. 1989, Páez y Rodríguez 1989, Mogollón y Comerma 1994, Fernández et al. 1998, Rodríguez et al. 2003, Arrieche y Mora 2005, Lugo–Morin 2007).
Una zona de importancia estratégica para el país por su potencial cerealero y ganadero son los Llanos Centrales, polo de desarrollo que puede verse afectado por la problemática mencionada anteriormente, debido a que sus suelos presentan susceptibilidad a problemas de compactación y erosión (Uzcátegui y Carrero 1992, Mireles et al. 1998, Ayala 1998, Hernández–Hernández y López–Hernández 2002, Pérez et al. 2002). Adicionalmente, la producción de rubros agrícolas se realiza con aplicaciones elevadas de agroquímicos, pudiendo generar problemas graves de contaminación.
Esta panorámica de la problemática, deja ver la importancia de formular e instrumentar acciones estratégicas que permitan el uso racional de las tierras con vocación agrícola. Dichas estrategias deben basarse en medios que permitan evaluar las condiciones agroecológicas adecuadamente y en un corto tiempo.
]]> Como respuesta han surgido diferentes modelos para evaluar los procesos degradativos del suelo que pueden ocasionar las actividades de orden productivo. Una de las estrategias de respuesta para enfrentar dicha problemática es el diseño de los sistemas agroecológicos para la protección del suelo. El desafío futuro será incrementar la producción de cosecha utilizando menos tierras, menos labores y menos agua, fertilizantes y pesticidas. Sin embargo, para ser eficiente en el diseño de estos sistemas se requiere de estudios agroecológicos de evaluación de tierras, mediante la predicción de su potencialidad y vulnerabilidad cuando son utilizadas con fines específicos, para proporcionar una base racional para el uso y manejo sostenible (de la Rosa y Crompvoets 1998, de la Rosa et al. 2004, Larose et al. 2004, Trueba–Espinosa et al. 2004, De Mello et al. 2006, Castro et al. 2006, Chagas et al. 2006). Siguiendo este orden de ideas, el presente estudio se plantea como objetivo evaluar el riesgo agroambiental a partir del análisis de la vulnerabilidad a la erosión y agrocontaminación de los suelos de los Llanos Centrales de Venezuela para diferentes usos agropecuarios, mediante el uso del sistema MicroLEIS de apoyo a la decisión sobre evaluación de tierras.
MATERIALES Y MÉTODOS
El área de estudio abarca una superficie de 9,813.83 hectáreas, se ubica en la región de Chaguaramas, Estado Guárico, Venezuela, entre las coordenadas 9°21'00" y 9°26'30" de latitud norte y entre los 66°17'00" y 66°28'00" de longitud oeste (Fig. 1). La zona se caracteriza por un clima de bosque seco tropical según el sistema propuesto por Holdrige (1978) con una precipitación media anual entre 693 y 1049 mm, evaporación media anual entre 1504 y 2000 mm y temperatura media anual de 26.9 °C. Esta zona es considerada como un polo de desarrollo agrícola importante debido a que en ella se produce cerca del 30% del maíz y sorgo de Venezuela (Castillo y Páez 1989, Uzcátegui y Carrero 1992).
Para este estudio se utilizó información disponible correspondiente a: 1) Estudio preliminar de suelos (escala 1:50.000) del sector Río Orituco–Chaguaramas (Uzcátegui y Carrero 1992). El mapa de la zona está constituido por 14 unidades cartográficas, dentro de las cuales existen consociaciones y asociaciones de suelos clasificados por taxonomía de suelos americana a nivel de fases de familia (Fig. 2). En el cuadro I se indica el suelo representativo y el área de las 14 unidades cartográficas; 2) la información climática (Cuadro II) se obtuvo a partir de la estación climatológica del Fondo Nacional de Investigaciones Agropecuarias (FONAIAP) Banco de San Pedro (8° 47' N; 67° 33'W) y la Estación Guárico de la Fuerza Aérea (9°22'N; 66°55'W) (FAV 1993); 3) la información de los usos se obtuvo de Mireles et al. (1998), Ayala (1998) y Uzcátegui y Carrero (1992) quienes señalan los diferentes tipos de utilización de la tierra (TUT) (Cuadro III) y la importancia de la zona como principal área cerealera del país.
Definición de unidades de tierra y usos agropecuarios
Las unidades de tierra (UT) se construyeron combinando la información edáfica y climática previa. Con base a los estudios de Mireles et al. (1998), se establecieron los usos agropecuarios más representativos en la zona de estudio.
Las unidades se caracterizaron de acuerdo con las necesidades del sistema informático MicroLEIS (de la Rosa et al. 2004) En el cuadro IV se presentan las variables de las características de las unidades de tierra y las características de manejo de cultivo requeridos por el sistema.
Evaluación de riesgo agroambiental
Las unidades de tierra fueron evaluadas para cada uno de los usos seleccionados por medio de un sistema experto de apoyo a la decisión sobre evaluación de tierras, denominado MicroLEIS (de la Rosa et al. 2004). Los sistemas expertos son herramientas basadas en inteligencia artificial. Son programas de ordenador que simulan los procedimientos para solucionar problemas en un campo determinado, tal y como lo harían expertos humanos. Específicamente el MicroLEIS utiliza el conocimiento inferido mediante árboles de decisión, con el objetivo de determinar la vulnerabilidad potencial, de manejo y real a la erosión (hídrica y eólica), y a la contaminación por agroquímicos. La vulnerabilidad potencial considera el riesgo biofísico de que la aptitud del suelo pueda ser dañada en una o más de sus funciones ecológicas; la vulnerabilidad de manejo considera el riesgo a la degradación que conlleva un tipo de utilización de campo particular y la vulnerabilidad real considera simultáneamente los riesgos biofísicos y de manejo para la unidad de tierra determinada. La erosión y contaminación agroquímica de suelos se estudiaron separadamente mediante el empleo de los modelos Raizal (riesgo de erosión hídrica) y Pantanal (riesgo de contaminación), respectivamente. El modelo Raizal consideran los factores de degradación erosión hídrica y eólica; y el modelo Pantanal evalúa la vulnerabilidad a la contaminación por fósforo, nitrógeno, metales pesados (Cu, Zn, Cd, Hg, Pb) y pesticidas (general, hidrófila, hidrófoba) (de la Rosa y Crompvoets 1998, Fernández et al. 1998, de la Rosa et al. 2004).
Para el estudio en el Sector del Río Orituco – Chaguaramas sólo se evaluó la vulnerabilidad de las tierras a la erosión hídrica, debido a que la degradación por erosión eólica en esta área no es relevante.
El MicroLEIS determinó los riesgos de erosión y agrocontaminación de la siguiente manera: las características de tierra y manejo (Cuadro IV), generalizadas en clases o niveles, fueron combinadas por medio de árboles de decisión para obtener las cualidades de tierra y manejo (Cuadro V). Estas fueron asociadas a través de árboles de decision basados en la metodología de sistema experto para generar las clases de vulnerabilidad. La evaluación generó clases de vulnerabilidad que, para el caso del modelo Raizal, están comprendidas desde la clase V1 hasta la clase V10 para la vulnerabilidad potencial y actual; y entre las clases V1 a la V4 para la vulnerabilidad de manejo (Cuadro VI). Para el caso del modelo Pantanal, las clases de vulnerabilidad potencial y manejo van desde la clase V1 hasta la clase V4; y para la vulnerabilidad real, las clases van de V1 a V5 (Cuadro VII) (de la Rosa et al. 2004).
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Finalmente, se utilizó el sistema de información geográfica IDRISI (Ronald 1996) para expresar mediante mapas las clases de vulnerabilidad a la agrocontaminación de manera de conocer los sitios más susceptibles y enfocar las recomendaciones de uso y manejo.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Definición de las unidades de tierra (UT) y los usos agropecuarios
]]> Dado que las condiciones climáticas son similares en toda el área de estudio, las UT se delimitaron siguiendo el mapa de suelos generado por Uzcátegui y Carrero (1992), obteniéndose 14 UT (Cuadro I). El mapa original se creó usando como base cartográfica la carta 6944 (Chaguaramas) de Cartografía Nacional, de escala 1:100,000 en la proyección UTM para propósito de este estudio.Las unidades y los tipos de uso de la tierra se caracterizaron de acuerdo con las necesidades de los modelos Raizal y Pantanal (Cuadro IV). Según la caracterización de las UT, se observa predominio de suelos con capacidad de intercambio catiónico media, baja pedregosidad superficial, la forma del terreno es ondulado, menos para la vega que es plano, los suelos presentan buen drenaje, con pendientes moderadas a altas (5–15 %), materia orgánica alta (> 2 %), pH de 4.8 a 8.9 y baja saturación de sodio.
El uso actual de las tierras comprende un sistema de explotación mixta, caracterizado por la siembra de un cultivo de ciclo corto, maíz (zonas más bajas) o sorgo (zonas más altas) durante la temporada de lluvia, y una actividad pecuaria en la temporada seca con base en restos de cosechas y pastos naturales y mejorados (Uzcátegui y Carrero 1992, Mireles et al. 1998). Según Ayala (1998) y Bolpriaven (2007), el maíz y el sorgo se siembran prácticamente en todo el país, y los estados, Portuguesa, Guárico y Barinas concentraron entre 70 a 80 % de la producción nacional de 1990 a 2005; en Guárico la producción promedio de maíz y sorgo se ha mantenido entre 25 y 35 %, respectivamente del total nacional, en el mismo período. El estado Guárico posee grandes extensiones de pastos naturales y mejorados (Mireles et al. 1998) donde se desarrolla una ganadería extensiva, los más generalizados son el pasto Brasil (Hyparrhenia rufa Ness) y el Guinea (Panicum maximum Jacq.). Las prácticas de manejo inadecuadas predominan en el área, el uso excesivo de pesticidas de alta persistencia y toxicidad, el tipo de laboreo es convencional y la ausencia de prácticas de conservación de suelo y de rotación de los cultivos es importante. Basado en lo anterior, los tipos de uso de la tierra más representativos en la zona de estudio son maíz, sorgo y ganadería extensiva con pastos sin fertilización y fertilizados (Cuadro III).
Evaluación del riesgo agroambiental de las tierras
El riesgo agroambiental se analiza por separado, por un lado aspectos erosivos y, por otro, la agrocontaminación. En ambos casos se consideran tres aspectos, vulnerabilidad potencial, de manejo y real.
Vulnerabilidad agroambiental según riesgos de degradación por erosión
Vulnerabilidad potencial
La vulnerabilidad potencial, según los riesgos de erosión hídrica, es relativamente baja, con calificaciones desde nula (V1) hasta moderadamente baja (V4) en el 96% de la superficie de la zona de estudio; el resto presenta una vulnerabilidad potencial a la erosión hídrica ligeramente baja (V5 (Cuadro VIII; Fig. 3). Los suelos con la mayor vulnerabilidad potencial a la erosión hídrica (V5) en la zona de estudio se corresponden con alfisoles ubicados en relieves de moderada a fuertemente ondulados (pendientes > 4 %) con texturas medias a pesadas y drenaje deficiente. Mientras que los que presentan la menor vulnerabilidad (V1 y V2) son alfisoles y vertisoles ubicados en las áreas más planas (pendientes < 4 %); indicando que el relieve, la presencia de horizontes argílicos (alfisoles) y la textura son determinantes en la definición de la vulnerabilidad de los suelos a la erosión hídrica. Estos resultados coinciden con los presentados por Páez y Rodríguez (1989) para los Llanos Altos Centrales, indicando una erosionabilidad del suelo baja entre 0.35 y 0.29 Mg.ha–1/Mj.mm/ha.h. Fernández et al. (1998) señalan una gran variabilidad en el riesgo de erosión de los suelos representativos de esta zona, con un predominio de áreas de bajo riesgo de erosión hídrica, influenciado por la textura superficial.
Por otra parte, unidades de tierra con alfisoles ubicados en relieves moderadamente ondulados (pendientes entre 4 y 8 %) presentan un riesgo de erosión hídrica bajo (Cuadro VIII), debido al contenido de materia orgánica (> 2%) que disminuye los riesgos por estabilidad estructural; coincidiendo con lo señalado por da Silva y Schulz (2002) y Siegrist et al. (1998), quienes destacan que altos contenidos de materia orgánica y bajas pendientes en el suelo inciden en una baja erosionabilidad (k = 0.002).
Otros estudios destacan la relevancia que tiene la estabilidad estructural de los agregados y la variabilidad topográfica del terreno en la dinámica del proceso de erosionabilidad del suelo (Perret et al. 1996, Gilley y Doran 1997, De Mello et al. 2006).
Vulnerabilidad de manejo
Los usos maíz y sorgo presentan una vulnerabilidad de manejo a la erosión hídrica alta (V4) (Cuadro IX), debido a las prácticas convencionales utilizadas para estos cultivos: gran uso de maquinaria agrícola, laboreo superficial, ausencia de prácticas de conservación y gran uso de fertilizantes y pesticidas. Las características del cultivo con ciclo corto, posición vertical de las hojas y estructura fina contribuyen a una alta vulnerabilidad.
Tengberg et al. (1997), Hernani et al. (1999) y Mendoza et al. (2001) indican que el uso de sistemas convencionales de manejo de suelo puede elevar las pérdidas de nutrientes y de materia orgánica por erosión hídrica. Estudios acerca de los usos para maíz, sorgo en México y leguminosas en Holanda, coinciden en que el manejo convencional genera pérdidas importantes de suelo (3.5 a 4.1 Mg.ha–1) por escorrentía superficial y erosión (Kwaad et al. 1998, Uribe–Gómez et al. 2002). Otros estudios, como el de Draghi et al. (2005) demuestra la conveniencia de los sistemas de manejo convencionales para un mejor aprovechamiento radicular de los cultivos en suelos pesados y compactados.
Los sistemas de producción con pastos no generan complicaciones con las prácticas de manejo actuales: bajo nivel de mecanización, cobertura protectora del suelo contra la degradación y una baja carga animal; por tal motivo, la vulnerabilidad de manejo es baja (V2–V3) según los riesgos de erosión hídrica. En este sentido, el manejo actual de los pastos en el área está dentro de los límites permisibles para tierras con estos suelos y sus características intrínsecas. Estudios realizados por Betancourt et al. (1998), Ranieri et al. (1998) y Rodrigues et al. (2007) en México y Brasil, a través del manejo agronómico del maíz, índices de comparación espacial de riesgos de degradación y dinámicas de regeneración, señalan que el pastizal representa una alternativa importante para disminuir los riesgos de degradación de tierras.
]]> Vulnerabilidad realEl riesgo potencial (Cuadro VIII), junto al riesgo de manejo (Cuadro IX), generaron una vulnerabilidad real superior a las obtenidas en forma individual. En la Fig. 4 se presenta el mapa de vulnerabilidad actual a los riesgos por erosión para maíz y sorgo, observándose que más de 30 % del área presenta una vulnerabilidad alta o muy alta, concentradas hacia la parte central del área de estudio. Estas tierras se corresponden con alfisoles ubicados en relieves moderada a fuertemente ondulados (pendientes > 4 %), con texturas de livianas a pesadas, pero con bajos contenidos de materia orgánica (< 2 %), lo cual genera una alta erosionabilidad. Adicionalmente el manejo convencional de los cultivos (maíz y sorgo) aumentan la vulnerabilidad a la degradación de las tierras. Por otra parte, se aprecia un 20 % de tierras con una vulnerabilidad ligeramente alta (V6) con suelos Alfisoles ubicados en relieves moderada a ligeramente ondulados (pendientes < 4 %) con texturas variables, pero pedregosos y con drenaje deficiente. Finalmente, en alrededor de 50 % del área la vulnerabilidad actual para maíz y sorgo es baja, ocurriendo en estas áreas alfisoles y vertisoles de texturas medias a pesadas, con pendientes menores a 4 % y contenidos más altos de materia orgánica (>2 %), donde localmente son frecuentes problemas de compactación y salinización (Cuadro X, Fig. 4).
La coincidencia de la labores de preparación de tierras que incluyen "big–rome" y varios pases de rastra (Mireles et al. 1998) con la caída de los primeras lluvias de alta intensidad, inducen a un muy marcado efecto erosivo del área produciendo pérdidas de suelo en corto tiempo. El área de estudio presenta altos valores de erosividad anual de la lluvia (entre 500 y 900 Mj.mm/ha.h), con una mayor concentración en los meses de preparación de tierra y siembra (mayo–junio–julio), lo cual refleja que la combinación de las condiciones ambientales con prácticas de manejo inadecuadas genera los problemas de degradación (Rodríguez et al. 1989). La recuperación, según Fernández et al. (1998), RELACO (1995) y Hernández–Hernández y López–Hernández (2002), requiere prácticas y medidas de conservación específicas, como la rotación de cultivos y cambios en el tipo de laboreo.
Con los sistemas de producción de pastos con y sin fertilizantes los riesgos de erosión hídrica son comúnmente menores (V1–V4), alcanzando una vulnerabilidad ligeramente baja (V5) en apenas un 4 % del área de estudio, correspondiente a alfisoles con drenaje deficiente (Cuadro X, Fig. 4). Las características del cultivo y su manejo, entre las cuales la densidad de siembra es factor importante, contribuyen a disminuir el impacto de las gotas de lluvia bajando las probabilidades de una alta escorrentía superficial; por tal motivo, la vulnerabilidad actual a la erosión bajo pasto es mucho menor a la del maíz y el sorgo, en las mismas unidades de tierra. Estas afirmaciones coinciden con lo señalado por Mwendera y Saleem (1997), en relación a que vegetaciones de pastizales reducen directamente el impacto de la gota de lluvia incrementando el flujo interno. Por otra parte, estudios en Brasil, Venezuela y México demuestran la efectividad que tiene el pasto en la protección del suelo y mejoramiento de la actividad microbiana (Betancourt et al. 1998, Álvarez–Solís y Anzuelo–Martínez 2004, Rodríguez et al. 2004, Sparovek et al. 2007).
Vulnerabilidad agroambiental según riesgos de degradación por agrocontaminación
Vulnerabilidad potencial
]]> Las UT presentan una vulnerabilidad potencial variable. En la figura 5 se presentan los mapas de vulnerabilidad a la agrocontaminación por fósforo, nitrógeno, metales pesados y pesticidas en el área de estudio. Para el caso de agrocontaminación por fósforo el 46 % del área presentó una alta (V4) vulnerabilidad, correspondiente a alfisoles con relieve moderado a fuertemente ondulado, texturas variables, en algunos casos pedregosos y otros con drenaje deficiente que favorecen la escorrentía superficial de los suelos. Para el nitrógeno generalmente la vulnerabilidad es de ninguna a baja (V1–V2) abarcando más del 90% del área. Por otra parte, alrededor de 50% del área presentó una vulnerabilidad moderada (V3) a la agrocontaminación por metales pesados y más del 35 % una vulnerabilidad moderada a alta (V3–V4) a la contaminación por pesticidas, correspondientes a unidades de tierra con alfisoles con relieve moderada a fuertemente ondulado, baja capacidad de intercambio catiónico (< 10 cmol/kg) y bajos contenidos de materia orgánica (< 2 %); estas características se relacionan con los riesgos de escorrentía superficial, la baja capacidad de adsorción de cationes y la baja capacidad de biodegradación de los pesticidas (Cuadro XI, Fig. 5). Las moderadas a altas pendientes y los bajos contenidos de materia orgánica que inciden notablemente en una menor cantidad de microorganismos en el suelo son las características que ocasionan estos problemas (Ramos–Bello et al. 2001, Ferrera y Alarcón 2001). Estos resultados son consistentes con los estudios de Bonnieux et al. (1998) y de la Rosa y Crompvoets (1998) los cuales reportan que el transporte y los procesos de transformación de un lugar a otro puede incrementar la contaminación por agroquímicos inducida por los procesos de erosión y escorrentía superficial, pudiendo en algunos casos contaminar las aguas superficiales y subsuperficiales.
Vulnerabilidad de manejo
En forma general, las técnicas de manejo aplicadas en los usos agropecuarios seleccionados de la zona de estudio hacen que la vulnerabilidad de las tierras a ser contaminadas sea elevada (Cuadro IX). Para el maíz, sorgo y pasto con fertilizante la vulnerabilidad de manejo presenta clases que van desde moderada (V3) a alta (V4) para contaminación por fósforo, nitrógeno, metales pesados y pesticidas; esto se debe fundamentalmente al excesivo uso de fertilizantes y agroquímicos altamente tóxicos y de alta residualidad, y a la ausencia de prácticas de conservación que disminuyan la susceptibilidad o escorrentía superficial. Estudios realizados por Fadalski y Tormena (2005) y Cabral da Silva et al. (2005), demuestran que los sistemas convencionales de manejo son altamente degradativos.
Para el pasto sin fertilizante se aprecian niveles más bajos para contaminación por fósforo (baja – V2) y nitrógeno (moderada – V3) con respecto al resto de los usos seleccionados, debido a la no aplicación de fertilizantes en el manejo. Sin embargo, el uso de pesticida es una práctica de manejo común para el uso pasto sin fertilizantes generando una moderada (V3) y alta (V4) vulnerabilidad a la contaminación por metales pesados y pesticidas, respectivamente. Estos resultados coinciden con los reportados de Fernández et al. (1998), donde indica que el manejo convencional utilizado en la zona de estudio involucra un alto uso de fertilizantes y pesticidas de alta toxicidad y persistencia, generando riesgos biofísicos muy severos de contaminación de suelos y aguas.
Vulnerabilidad real
El riesgo potencial (Cuadro XI), combinado con el riesgo de manejo (Cuadro IX) generó en las UT una vulnerabilidad real a la agrocontaminación muy variable. Sin embargo, el modelo indica que los usos maíz y sorgo son los que generan mayores riesgos de contaminación. En la figura 6 se presentan los mapas de vulnerabilidad de las tierras a agrocontaminación para maíz y sorgo.
Para el caso de agrocontaminación por fósforo y nitrógeno para los usos maíz, sorgo y pasto con fertilizante más del 75 % del área presentó una alta a extrema vulnerabilidad (V4–V5), debido a la aplicación intensiva de fertilizante en suelos alfisoles ubicados en relieves moderada a fuertemente ondulados (pendientes >4 %) que pueden generar problemas de escorrentía, suelos de texturas livianas con riesgos de lixiviación y suelos con drenaje deficiente. Para el uso pasto sin fertilizante más de un 50 % del área presentó una vulnerabilidad baja a contaminación por nitrógeno y fósforo, mostrando sólo alta vulnerabilidad los alfisoles con altas pendientes (>4 %). Por otra parte, el 73 % del área presentó una alta vulnerabilidad (V4) a la agrocontaminación por metales pesados y el 66 % presentó una vulnerabilidad moderada a alta (V3–V4) a la contaminación por pesticidas para todos los usos seleccionados, en concordancia con prácticas inadecuadas de manejo que incluyen aplicación excesiva de agroquímicos, muchos ellos de alta persistencia, en suelos alfisoles con riesgos de escorrentía superficial (pendientes > 4 % y presencia de horizonte argílico), baja capacidad de adsorción de cationes (Ultic Haplustalfs) y baja capacidad de biodegradación de los pesticidas, por niveles bajos de materia orgánica (Cuadro XII). En estudios en Brasil revelan que los elementos señalados anteriormente representan un problema para el uso de suelos agrícolas (Fernandes et al. 2007). En este sentido, estudios realizados en México demuestran que la incorporación de materia orgánica al suelo puede disminuir la presencia de plaguicidas, debido fundamentalmente al aumento de la cantidad de microorganismos (Sauri y Castillo 2002, Velasco y Volke 2003).
]]> CONCLUSIONES
La vulnerabilidad actual a la erosión hídrica bajo los usos de maíz y sorgo, fueron altas y muy altas en 30 % del área de estudio debido al uso de prácticas de manejo convencionales en suelos alfisoles con pendientes superiores a 4 %, de texturas variables, pero con la presencia de un horizonte argílico o drenaje deficiente que genera problemas de escorrentía superficial; sin embargo, para los pastos la vulnerabilidad actual a la erosión hídrica fue baja en toda el área, debido a la buena cobertura que ofrece y a la baja carga animal que utilizan los sistemas ganaderos de la zona.
La vulnerabilidad actual a la agrocontaminación por fósforo, nitrógeno, metales pesados y plaguicidas para los usos de maíz, sorgo y pastos con fertilización fue alta en más del 65 % del área de estudio debido al uso excesivo de agroquímicos de alta persistencia en combinación con la susceptibilidad de los suelos (alfisoles) a la alta escorrentía superficial, la baja capacidad de absorción cationes (textura y mineralogía) y la baja capacidad de biodegradación de los pesticidas (bajos niveles de materia orgánica).
La unidad de tierra que presentó menos riesgos a la erosión hídrica y la agrocontaminación fue la que se encuentra en posición de vega, con suelos vertisoles. Estos suelos aún cuando presentan un drenaje deficiente, están ubicados en pendientes menores al 1 % con un riesgo nulo de escorrentía superficial y tienen arcillas tipo 2:1 con alta capacidad de intercambio catiónico y buenos niveles de materia orgánica que generan muy bajos riesgos de lixiviación y le dan a los suelos una alta capacidad de biodegradación de los agroquímicos.
El sistema MicroLEIS en combinación con el uso de un SIG, permitió la localización de las unidades de tierra con alta vulnerabilidad a los procesos de erosión hídrica y agrocontaminación, indicando las causas (intrínsicas y de manejo) relacionadas con los riesgos, lo que permitirá enfocar la aplicación de usos y prácticas alternativas de manejo para reducir estos problemas. Por otra parte, la determinación de la vulnerabilidad a estos procesos de degradación se realizó con información climática mensual y un levantamiento de suelos, lo cual es una ventaja con respecto al uso de modelos de simulación más complejos como EPIC o WEPP que requieren de una información mucho más detallada.
RECOMENDACIONES
Con base a los resultados de la evaluación de la vulnerabilidad de las tierras a la erosión hídrica y a la agrocontaminación, se recomienda hacer una ordenación de los usos de la tierra, promoviendo usos más conservacionistas como la agroforestería y forestería en las zonas de mayor riesgo, así como la implementación de prácticas como el uso de cultivos protectores (pastos) en rotación con cultivos más limpios (maíz y sorgo), uso de "mulch", labranza conservacionista y labranza en contorno con barreras vivas para el maíz y el sorgo, uso de franjas amortiguadoras intercaladas con cultivos limpios en las zonas donde los riesgos son moderados a bajos.
La implementación de los usos y prácticas alternativas debe acompañarse con un monitoreo de campo que permita validar y ajustar los sistemas de manejo para adecuarlos a las características particulares de los suelos y así lograr la sostenibilidad de la producción agropecuaria.
El sistema MicroLEIS fue desarrollado para implementarlo en condiciones del Mediterráneo europeo, por tal motivo se deben cambiar algunas terminologías (e.g. uso de estaciones: primavera, verano, otoño, invierno) y ajustar árboles de decisión a las condiciones tropicales, mediante una comparación entre los resultados del modelo y evaluaciones de campo.
]]>AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar su agradecimiento a María Fernanda Rodríguez del Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas por la digitalización de la cartografía empleada en este estudio. Asimismo, al Dr. Benito Ramírez Valverde del Colegio de Postgraduados por sus valiosos comentarios.
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