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Introducción
Según la FAO (2011), una cuarta parte de los suelos han sido degradados debido a múltiples factores, principalmente la erosión. Estimaciones determinan que la actividad humana es responsable de la pérdida de, al menos, 26 billones de toneladas de suelos por año, esto es entre 2,60 veces (Verhulst, François y Govaerts, 2010) y 10 veces (Diyabalanage et al., 2017) la tasa natural de degradación del suelo, que es aproximadamente de 2 toneladas por hectárea por año (Nearing et al., 2017). Las proyecciones de erosión para el año 2050, afectarán a 1,50 millones de km2 de suelos aptos para la agricultura (FAO, 2015a).
Como fenómeno antrópico (Rengifo et al., 2012, Nearing et al., 2017) la erosión es potenciada por factores sociales, económicos y por políticas gubernamentales inadecuadas (FAO, 2015b, Dumanski, 2015) que se expresan en prácticas insostenibles de producción (León, 2001). En efecto, prácticas de agricultura convencional como la labranza intensiva, especialmente cuando se combina la remoción del suelo con la quema de residuos vegetales, ha magnificado las pérdidas de suelo (Verhulst, François y Govaerts, 2010). La pérdida y degradación de este recurso avanza de manera acelerada, especialmente por las mayores demandas del desarrollo económico, que, con ese fin, intensifica el uso de tecnologías altamente extractivas (Dumanski, 2015).
Según el Departamento Nacional de Planeación (DNP, 2010), del área destinada a producción agropecuaria en Colombia, el 85 % es vulnerable a procesos erosivos, en suelos específicamente destinados a actividades agrícolas 60 % se encuentran afectados por dichos procesos, de los cuales, 4,60 % presentan erosión severa, lo que significa una pérdida cercana a 1 millón de hectáreas de suelo apto para esta vocación (Ideam y Udca, 2015).
Un estudio realizado por Ideam y Udca (2015) muestra que el 40 % de los suelos colombianos, entre superficie continental e insular (45.379.085 ha), presentan algún nivel de erosión, el 20 % de los suelos se ve afectado con erosión ligera, 17 % con erosión moderada, 3 % con erosión severa y un 0,20 % por erosión muy severa.
Frente a este panorama, existe evidencia de que la regeneración de suelos es posible, especialmente en regiones en las que hay prioridad a la implementación de estrategias de conservación de suelos (Nyseen, Poesen y Deckers, 2009). Sin embargo, es necesaria la implementación de nuevas estrategias que tengan el menor impacto posible en el entorno y al mismo tiempo no comprometan la productividad, entre ellas son relevantes la labranza cero, la agricultura de conservación y el manejo sostenible del suelo (Peiretti y Dumansky, 2014). De esta manera, Gliessman (2002) afirma que para mantener la productividad en sistemas agrícolas es necesario un enfoque de sostenibilidad, los sistemas sostenibles se caracterizan por tener un efecto significativamente menor en el ambiente, mantener y regenerar la fertilidad del suelo y prevenir la erosión.
Dentro de las formas alternativas de producción agroalimentaria con enfoque de sustentabilidad está la agroecología, la cual representa uno de los enfoques científicos más prometedores para enfrentar los retos ambientales de la agricultura en la actualidad (Altieri y Toledo, 2011) mediante el diseño e implementación de agroecosistemas productivos, resilientes, estables y sostenibles (Socarrás e Izquierdo, 2014). La transición hacia sistemas de producción de base agroecológica tiene como uno de sus principios la minimización de pérdidas de energía, agua, nutrientes y recursos genéticos, a partir de técnicas de conservación y regeneración de suelos y fuentes de agua (Nicholls, Altieri y Vásquez, 2016). Para lograrlo, la agroecología propone la protección e inclusión de materia orgánica, por medio de fertilizantes orgánicos, manejo de siembras escalonadas rotativas, manejo de coberturas y residuos de cosecha y prácticas de labranza adecuadas (Gliessman, 2002).
En este artículo se resalta la importancia de la implementación de prácticas agroecológicas de conservación de suelos como barreras vivas, barreras muertas, terrazas y zanjas de infiltración y su efectividad en la retención de suelos de ladera en sistemas agrícolas del municipio de Guasca - Cundinamarca, sujetos a procesos de degradación por erosión hídrica.
Materiales y métodos
Antecedentes y localización
El estudio se desarrolló en la finca "Río Chiquito" ubicada geográficamente a 4 ° 52 ' 50.20 " N de latitud y 73 ° 50 ' 08.5 " W de longitud, vereda Santa Bárbara, municipio de Guasca, Cundinamarca, Colombia. La parcela usada para el ensayo ha sido empleada en los últimos 15 años en pastoreo y producción de cultivos forrajeros y transitorios para la alimentación de ganado bovino. Dentro de las principales especies cultivadas con anterioridad se encuentran: avena (Avena sativa), maíz (Zea mays), fríjol (Phaseolus vulgaris), haba (Vicia faba) y arveja (Pisum sativum). La utilización de maquinaria agrícola pesada para la intervención mecánica del predio y las prácticas convencionales de agricultura han sido las principales prácticas para el manejo del suelo en el predio.
El municipio pertenece a la región del Guavio, ubicado a 2710 msnm, con una temperatura promedio de 13 °C y precipitación media anual de 1720mm. En esta zona es típica la asociación de suelos entre Typic Melanudands y Pachic Melanudands, pertenecientes al orden de los Andisoles (IGAC, 2000). Con base en información suministrada por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia (Ideam) entre los años 1975 y 2015, se puede verificar un aumento del 17 % en la cantidad de lluvia anual promedio. En cuanto a la precipitación mensual histórica, los periodos con mayor precipitación son abril-mayo (85mm -94mm) y octubre-noviembre (82mm - 87 mm), mientras que los meses con mayor sequía son enero y diciembre con 31 mm y 48 mm en promedio respectivamente.
Descripción del diseño experimental
Se desarrolló una investigación experimental con enfoque cuantitativo, para lo cual se implementó un sistema de parcelas divididas (unidades experimentales) completamente al azar, en un terreno de ladera con una pendiente homogénea del 22 %. Posteriormente, fueron establecidos cuatro tratamientos de conservación de suelo: barreras vivas, barreras muertas, zanjas de infiltración, terrazas y un testigo respectivamente, por cada tratamiento se realizaron 4 repeticiones, para un total de 20 unidades experimentales (UE), incluyendo las parcelas testigo.
El área correspondiente a cada UE fue de 16 m2 (4 m de largo por 4 m de ancho), para, de esa forma ubicar cada tratamiento en el centro y evitar el efecto de borde. El área libre fue destinada al establecimiento de un policultivo con las especies de: arveja, fríjol y zanahoria (Daucus carota), para la siembra de los cultivos se realizaron surcos en contrapendiente, obteniendo 6 surcos por UE, en los cultivos de arveja y fríjol la distancia de siembra fue de 0,25 m, mientras que para la zanahoria se realizó al voleo. En las parcelas testigos no se implementó estrategia de conservación, sin embargo, el espacio se distribuyó de tal manera que las densidades de siembra no se vieran afectadas con respecto a los demás tratamientos. Los cultivos se manejaron bajo el sistema de labranza mínima, es decir, sin ningún tipo de manejo adicional a la siembra y la cosecha. Y sin ningún tipo de fertilización.
Para la construcción e implementación de cada práctica de conservación se realizó el trazo de curvas de nivel con agronivel tipo A, la distancia entre curvas fue de 2 m.
Construcción de terrazas. Se implementaron terrazas de base angosta, para lo cual se adoptó la metodología planteada por Hesse-Rodríguez (1994) que consiste en determinar un límite de corte y uno de relleno a través de las curvas de nivel, así como el ancho de estas, para la investigación fue de 2 m. Luego de remover el suelo y formar las terrazas, en el talud de cada una y con el propósito de dar estabilidad se llevó a cabo la siembra de pasto rye Grass® (Lolium multiflorum) y kikuyo (Pennisetum clandestinum). Posteriormente, se incorporó materia orgánica al suelo y finalmente se protegió con restos de cosecha, para evitar la exposición directa del suelo a la radiación y precipitación, finalizados quince días se realizó la siembra de los cultivos.
Construcción de zanjas de infiltración. La construcción se llevó a cabo siguiendo las curvas nivel y de forma transversal a la pendiente, en cuanto a parámetros técnicos se siguió lo sugerido por Pizarro, Flores, Sangüesa, Martínez y León (2008), obteniendo zanjas de infiltración con un largo de 4 m, profundidad de 0,50 m y ancho superior de 0,50 m, el suelo excavado se incorporó y compactó en la parte inferior de cada zanja para evitar cortar la pendiente.
La implementación de los cultivos se realizó quince días después de la construcción con el propósito de obtener estabilidad en el suelo.
Instalación de barreras vivas y muertas. La metodología base fue la planteada por Hesse-Rodríguez (1994), es así que por medio de las curvas de nivel se realizaron surcos de 0,2 m de ancho y con profundidad de 0,15 m, se incorporó materia orgánica y posteriormente la siembra del pasto comercial rye grass® (Lolium perenne), la siembra de las barreras vivas se realizó veinte días antes de la implementación de los cultivos principales, con el objetivo de obtener un desarrollo radicular y foliar previo. Para las barreras muertas, igualmente se tuvieron en cuenta las curvas de nivel y se llevó a cabo la incorporación y fajamiento de madera seca, evitando el menor espaciamiento posible entre cada pieza empleada. Cada sección de barrera muerta tenía un ancho de 0,20 m.
Con el propósito de prevenir la interferencia e influencia entre las UE, estas se separaron por medio de zanjas, cuya función fue conducir el agua de escorrentía ajena al área de estudio fuera del sistema, adicionalmente al final de cada UE se instaló una zanja recubierta con polietileno, con el objetivo de conducir el volumen de agua escurrido y los sólidos arrastrados hacia un recipiente colector final, con capacidad de 20 L. Del volumen obtenido, después de una respectiva homogenización con un agitador manual, se obtuvieron muestras de 200 ml para su posterior análisis en laboratorio.
Por otro lado, el valor de la precipitación incidente durante la investigación se obtuvo mediante un pluviómetro, ubicado en el centro del área de estudio, realizando el registro de los mm precipitados por cada fenómeno de incidencia, durante los 4 meses que tomó el trabajo en campo.
Fase de laboratorio
Con las alícuotas obtenidas en campo, se llevó a cabo la separación del material sólido del líquido, en el laboratorio de la Corporación Universitaria Minuto de Dios, para el cual se empleó un tamiz de suelos de 45 μπι. El material sólido se depositó en cajas de Petri, que a su vez se llevaron al horno durante 12 horas a 120 °C para realizar el respectivo secado. La información obtenida se extrapoló para determinar las pérdidas de suelo en kg por ha.
Análisis estadístico
Finalmente, los datos obtenidos se sometieron a análisis estadístico Anova, realizado en el programa SPSS ® versión 20. Adicionalmente se realizó un análisis de correlación en Excel ® (regresión lineal, exponencial, logarítmica, de segundo grado), con relación a la pérdida de suelo frente a la precipitación obtenida durante la investigación.
Resultados
La intensidad de las precipitaciones representa un factor determinante respecto a la pérdida de suelo. Durante el mes de marzo se registró la mayor cantidad de precipitaciones, sin embargo, las mayores pérdidas de sedimentos se registraron en el mes de febrero con 16162 kg/ha frente a 15603 kg/ha en marzo (Figura N° 1).
Durante el desarrollo de la investigación, la recolección de sedimentos en cada uno de los tratamientos fue menor, respecto a las parcelas testigo con un promedio de 3757 kg/ha (Tabla N° 1 ), comportamiento que evidencia el control de cualquier práctica de conservación en suelos de ladera. Sin embargo, el tratamiento que presenta menores pérdidas de sedimentos corresponde a las zanjas de infiltración con un promedio de 458 kg/ha.
Tabla 1 Pérdidas de sedimentos por erosión hídrica para 283 mm de precipitación
Fuente: elaborado por los autores.
Estadísticamente las parcelas testigo son las que presentan un comportamiento diferente respecto a los demás tratamientos (Tabla 2). Las zanjas de infiltración con registros de pérdida de sedimentos más bajos (485 kg/ha) corresponden a la práctica de conservación que estadísticamente presenta diferencia significativa respecto a los demás tratamientos. Los sistemas de terrazas, barreras vivas y barreras muertas no presentan diferencias significativas, es decir, su efectividad es similar.
Tabla 2 Análisis estadístico de pérdida de suelo para 283 mm de precipitación
a: menor efectividad, b: mayor efectividad. Valores con la misma letra misma efectividad.
Fuente: elaborado por los autores.
Por medio del análisis de regresión sobre la cantidad de sedimentos en función de la intensidad de las precipitaciones (Figura 2), se obtuvo una función de segundo grado con coeficiente R2 superior al 95 % en prácticamente todos los tratamientos. El cual permite establecer el efecto que tiene cualquier práctica de conservación frente al testigo. Sin embargo, el efecto de las zanjas de infiltración es el de mayor efectividad respecto a las demás prácticas de conservación.
Discusión
Las pérdidas de suelo y agua por escorrentía presentaron un comportamiento variable, lo que puede ser atribuido a la interacción entre factores como la intensidad y frecuencia de las precipitaciones, textura de suelo, manejo histórico del suelo y la variedad de prácticas de conservación empleadas (Álvarez y Fernández, 2009). Para esta investigación las pérdidas de suelo fueron de 3757 Kg/ ha en los testigos, en suelo con textura franco-arcillosa.
La precipitación presentó los valores más altos en el mes de febrero con promedios semanales y diarios de 55 mm y 33 mm, respectivamente. Resultados afines a lo descrito por Álvarez y Fernández (2009), quienes indican que precipitaciones con intensidades de 30 mm/h conllevan a pérdidas de suelo de alrededor de 2228 kg/ha, mientras que a 10 mm/h se pueden registrar 626 kg/ha. Sin embargo, las pérdidas podrían llegar a ser mayores en otras épocas del año donde los niveles de precipitación son mayores, como son los periodos de abril-mayo y octubre-noviembre, según lo descrito respecto a características climáticas de la región.
Las zanjas de infiltración corresponden al tratamiento que presenta menores pérdidas de sedimentos, con un promedio de 458 kg/ha, resultado que concuerda con lo referido por Flores (2015), quien menciona el comportamiento favorable de esta técnica, además resalta que, a mayor área de implementación, mayor es su efectividad en la captura de sedimentos. Sin embargo, autores como Cotler, Cram, Marínez y Bunge (2015), consideran que las zanjas de infiltración no están dentro del concepto de práctica de conservación de suelo, como consecuencia de los impactos generados al momento de su elaboración, tales como la exposición de la capa excavada a procesos erosivos hídricos y eólicos, además del efecto negativo sobre el carbono orgánico edáfico, el cual se encuentra en un 50 % a una profundidad de 40 cm. Bajo esta percepción los autores consideran que no es posible entender las zanjas de infiltración como técnicas de conservación de suelo debido a que no mejoran la calidad del suelo sino que esta es una práctica encaminada a controlar la escorrentía. No obstante, Pizarro, et al. (2008) consideran que la implementación de cultivos en combinación con zanjas de infiltración, aportan a la recuperación de suelos degradados por procesos erosivos y de desertificación. Es decir, las zanjas de infiltración podrían considerarse como estrategias de conservación de suelos al ser utilizadas con otras prácticas, siempre y cuando sigan tres principios básicos: beneficiar la cobertura vegetal del suelo, mejorar la infiltración del agua y disminuir el volumen y velocidad de la escorrentía superficial, evitando la pérdida de partículas sólidas del suelo (Carrasco y Riquelme, 2003). Un ejemplo de los beneficios, producto de la complementariedad entre diferentes prácticas para la conservación de agua y suelos, es lo encontrado en el estudio realizado por un periodo de 12 años, en las tierras altas de la cuenca Upper Mahaweli, Sri Lanka, por Diyabalanage et al. (2017), quienes determinan que al combinar prácticas de conservación de suelo mecánicas y agronómicas se logra una disminución de hasta 5 veces en el volumen de escorrentía. Sin embargo, en cuanto a los sedimentos los valores altos persisten, por tal motivo, los autores recalcan la necesidad de fortalecer y potencializar las prácticas de conservación de suelos junto a la reforestación.
De otro lado, las barreras muertas presentaron pérdidas de suelo menores a las encontradas en barreras vivas y terrazas en el mes de febrero, siendo este último tratamiento el que tuvo las mayores pérdidas de suelo. El comportamiento de estas tres prácticas de conservación se puede relacionar con el material empleado, que consistió en madera y restos de cosecha, al ser material orgánico, el proceso de descomposición debilita las estructuras que retienen la barrera muerta y la terraza. Este material se ha empleado en proyectos enfocados en conservación de suelos en República Dominicana, la función de estos restos vegetales es disminuir la longitud de pendiente del terreno a medida que se incorpora material al horizonte superficial del suelo, lo que disminuye la velocidad de agua de escorrentía cuando se presentan lluvias fuertes y como consecuencia las pérdidas de sedimentos disminuyen (May, 2011). Pese a la utilización de rocas como material principal de barreras muertas, esta no es una garantía de mayor efectividad, ya que se ha encontrado pérdida persistente de suelo y agua, además parte de los sedimentos capturados son incluso retenidos o almacenados en estrechas franjas al final de las tierras de cultivo, es decir, en áreas no aprovechables (Nyseen et al., 2009).
Los sistemas de terrazas son reconocidos como alternativas efectivas frente al control de la erosión, según la FAO (2000), es posible la reducción de pérdidas de suelo hasta en un 50 % bajo prácticas de terraceo, independientemente de los cultivos implementados en estos sistemas. Aun así, la investigación refleja que fueron la segunda práctica con mayor pérdida de sedimentos (1727 kg/ha) después del testigo, este fenómeno puede ser entendido como consecuencia de la insuficiente estabilidad estructural con la que contaban las terrazas, debido a que el tiempo entre la construcción e inicio de toma de información fue corto.
Por otro lado, las barreras vivas presentaron un comportamiento similar a las terrazas y barreras muertas, lo que se atribuye a la estabilidad y adaptabilidad del material vegetal a la zona. Sin embargo, hay que tener en cuenta que las barreras vivas son consideradas como técnica de conservación y estabilización de suelos con un efecto a mediano y largo plazo, debido a que reducen la pendiente del terreno por medio de la formación lenta de pequeñas terrazas gracias al desarrollo radicular abundante y frondoso de algunas especies, es decir su eficacia está directamente relacionada con las especies vegetales utilizadas (Carrasco y Riquelme, 2012). En un estudio realizado por Alvarado, López y Castillo (2011) en el departamento de Nariño, una de las especies más utilizadas como barrera viva es el pasto brasilero (Phalaris sp.), el cual presenta pérdidas promedio de 164,55 kg/ha debido a su capacidad de sellado que tiene sobre el suelo.
Las pérdidas de suelo en las diferentes UE descendieron en los dos últimos meses de la investigación, hecho relacionado con la estabilidad de los tratamientos y al manejo de los cultivos bajo labranza mínima. Verhulst et al., (2010) sugieren el potencial que tienen las prácticas de agricultura de conservación, debido al incremento en el contenido de materia orgánica del suelo, que, junto a otras prácticas como la utilización de residuos de cosecha, tienen influencia en la protección del impacto directo de las gotas de lluvia, la mejora en la estabilidad de agregados, la disminución de la velocidad de agua de escorrentía y el aumento del tiempo para la infiltración del agua. La adopción de prácticas de agricultura de conservación, específicamente labranza mínima, y labranza cero, ha tenido gran acogida en países como Argentina, país en el que la mayor parte de las tierras cultivadas y por ende la producción total es bajo este enfoque, además este sistema representa entre el 10 % y 12 % del área cultiva mundial (Peiretti y Dumanski, 2014).
Por otra parte, al analizar los resultados con investigaciones semejantes existen limitantes, debido a la variedad de metodologías y conceptos empleados. Como consecuencia se hace necesario el desarrollo y adopción de metodologías que trasciendan del enfoque cuantitativo, y que además, comprendan la conservación de suelos desde un enfoque de sustentabilidad, un ejemplo es el método para medir la adopción de prácticas agrícolas sostenibles ASAP (por sus siglas en inglés) propuesta por Castaño, Meulenberg, y Van Tilburg (2002), quienes logran distinguir diferentes grados de sostenibilidad por medio del análisis de la cantidad de prácticas agrícolas sostenibles adoptadas sobre la relevancia y pertinencia a las condiciones particulares de cada agricultor, es decir, cuanto más pertinentes sean las prácticas sostenibles mayor será el grado de sostenibilidad del suelo.
Con respecto a la implementación de prácticas de conservación de suelos, además de las empleadas en la investigación Mekuriav, Heinimann, Zeleke, y Hurni (2018), puntualizan los factores que determinan la adopción de estructuras de conservación de suelo y agua en las tierras altas de Etiopía, estos corresponden al desconocimiento para la instalación y mantenimiento, la expresión a largo plazo de los beneficios de su implementación, la limitada utilidad económica a corto plazo, factores políticos como baja participación del gobierno y escaso apoyo técnico. En este sentido, existe potencial para determinar si estos factores tienen influencia en Colombia, o si, por el contrario, existen otras variables que influyen directa o indirectamente en la adopción y comprensión de la importancia de la conservación del suelo por parte de los productores.
Finalmente, para promover el uso de estas estrategias de conservación de suelos y en general de una transición agroecológica en Colombia, es necesario entender que la degradación del suelo es una de las externalidades negativas de la agricultura convencional, como consecuencia de la utilización de tecnologías exógenas provenientes de un modelo de investigación y transferencia vertical y unidireccional de la revolución verde (Guzmán y Alonso, 2007). Frente a este modelo se presenta la recuperación de la extensión rural alternativa, cuyo objetivo es la sustentabilidad, entendiendo al desarrollo sustentable como una construcción multidimensional (ecológica, social, cultural ética, política y económica) y que además es dinámica y compleja. Igualmente abre la posibilidad de articulación entre las comunidades rurales y la academia (Alemany y Sevilla, 2007). Lo que implica una oportunidad para la transmisión y generación de conocimiento en prácticas de conservación de suelo con enfoque agroecológico, debido al aporte de esta disciplina a la soberanía territorial, autonomía de mercados, movilidad social y organizacional (Rosset y Martínez, 2016).
Conclusiones
Este estudio resaltó la efectividad de las barreras vivas, barreras muertas, zanjas de infiltración y terrazas como prácticas agroecológicas de conservación en la retención de suelos de ladera en el municipio de Guasca - Cundinamarca.
La zanja de infiltración corresponde al tratamiento que presenta menores pérdidas de sedimentos, con un promedio de 458 kg/ ha, mientras que la terraza, en contraste, fue la práctica con las mayores pérdidas de suelo con 3175 kg/ha.
Todas las prácticas de conservación de suelos implementadas contribuyen a reducir la pérdida de sedimentos por erosión. Sin embargo, las zanjas de infiltración son la práctica de conservación que evidenció un mejor control, presentando una reducción en las pérdidas de suelo del 87,80 % frente a los testigos.
Tanto la escorrentía superficial como la erosión presentan una relación directa con las precipitaciones, ya que a mayor precipitación mayor es la pérdida de suelo y agua.
La estabilidad y tiempo de implementación de cada una de las estrategias de conservación la cual varía de prácticas agronómicas (barreras vivas, barreras muertas) a prácticas mecánicas (zanjas de infiltración, terrazas en ladera), es una variable que determina la efectividad de las mismas en diferentes periodos de tiempo.
