Como el estudio mide el efecto acumulativo del uso del suelo por largos periodos de tiempo, en el mes de junio de 2006 se realizaron simulaciones de lluvia en la superficie del suelo para determinar infiltración, escorrentía, producción de sedimentos y muestreo de suelo de 0 a 20 cm y de 20 a 40 cm de profundidad. Esto se hizo con el objetivo de determinar la distribución y estabilidad de agregados, densidad aparente, distribución de tamaño de partículas, densidad real, curvas de retención de humedad, porosidad total, distribución de tamaño de poros y contenido de materia orgánica.
Las evaluaciones se realizaron en 24 fincas, correspondientes a ocho tratamientos por tres repeticiones con diseño de bloques al azar. Para la lluvia simulada se utilizó el simulador de lluvia portátil CIAT (Cobo 1998) y la metodología de campo propuesta por Torres (2000) y por Campo (2004). Con base en la precipitación local, se utilizó una intensidad de 120 mm/h y, por simulación, se aplicaron 9.336 cm3, correspondientes a una lámina total promedio de 74,3 mm. En el sitio de la simulación, antes y después de la prueba, se tomó una muestra del suelo para determinar la ganancia de humedad de este (Campo 2004).
Para el análisis del comportamiento de la infiltración, escorrentía y pérdida de suelo en función del tiempo, se hicieron gráficos que se ajustaron a regresión lineal por corresponder al comportamiento inicial de estos procesos. Cada gráfica fue de la forma Y= b + mx, donde b es el intercepto de la recta con el eje Y, y m es la pendiente de la recta, lo que permite la comparación entre tratamientos: al aumentar o disminuir m, aumenta o disminuye la tasa de cambio de la variable evaluada.
Para las curvas de retención de humedad, las muestras se equilibraron a succiones de 0,75 y 100 cm de columnas de agua en la mesa de tensión, y a presiones de 0,3, 1,0 y 15 bares en las ollas y platos de presión. Además, con el paquete estadístico SAS, versión 8.0, se realizó un análisis de varianza y una prueba de comparación de medias de Tukey (p < 0,05), para determinar el efecto de los tratamientos sobre los cambios de las propiedades físicas evaluadas.
Resultados y discusión
Contenido de humedad y agua disponible
La determinación de la curva de retención de agua por suelo tiene una gran importancia agrícola. Las curvas permiten estimar la cantidad de agua que un suelo puede almacenar dentro de límites dados de succión —es decir, la cantidad de agua de fácil aprovechamiento (succión baja) y de difícil aprovechamiento (succión alta) por las plantas— y permiten también obtener el comportamiento de la porosidad del suelo (Su et al. 2007). El cambio de la intensidad de uso del suelo tuvo un efecto negativo sobre el contenido de humedad. Las curvas de retención de humedad (figura 1) mostraron que el suelo con pastura presentó el menor contenido de humedad frente al testigo y frente al suelo de uso agrícola (rt-m), debido a la reducción de la porosidad total por efecto de las altas cargas y los altos periodos de ocupación de la pastura —que es el manejo tradicional frecuente de las pasturas en el país— (Preciado 1997; Amézquita y Orozco 2000).
De 0 a 20 cm de profundidad a bajas tasas de succión, el suelo con pastura y el suelo de uso agrícola (rt-m), durante 70 años, a 12% de pendiente, presentaron el menor contenido de humedad. En la misma capa de suelo, a altas tasas de succión (15 bares), el contenido de humedad del suelo de uso agrícola, durante 25, 45 y 70 años, respecto al testigo, disminuyó un 12%, un 16% y un 24%, respectivamente. Con relación a la continuidad de la humedad, al profundizar hasta 40 cm, a bajas tasas de succión, el contenido de esta disminuyó en el uso agrícola con un 25% de pendiente. Dicha disminución fue de 5%, 7% y 9% para el suelo cultivado durante 25, 45 y 70 años, respectivamente (figura 1).
]]> El grado de inclinación del terreno también tuvo efecto sobre el contenido de humedad. En las dos capas de suelo con altas tasas de succión, en uso agrícola durante 45 y 70 años, la humedad disminuyó un 10% y un 14% al pasar del 12% al 25% de pendiente. El manejo del suelo con altos niveles de labranza por varios años, en largas y fuertes pendientes, generó pérdida de materia orgánica (tabla 2) y de arcilla (figura 6), lo cual influyó en la capacidad del suelo para retener agua.En los primeros 20 cm de profundidad, la disponibilidad de agua para las plantas en el suelo de uso agrícola fue un 49% y un 28% mayor a la disponibilidad para el suelo con pastura y para el testigo. En la capa de 20 a 40 cm de profundidad, el contenido de agua aprovechable presentó la misma tendencia, con un mejor comportamiento para el uso agrícola. La labranza y la incorporación constante del material orgánico de las raíces y la parte aérea de gramíneas (como trigo y maíz) en el uso agrícola pueden contribuir a mejorar las condiciones para el almacenamiento de agua en el perfil (Orozco 1991; Preciado 1997; Amézquita et al. 1998; Galvis 2005).
Pérdida de agua por escorrentía
En el trópico se presentan serios problemas de escorrentía y erosión por el uso inadecuado de implementos de labranza. En efecto, en la zona cerealera fría de Nariño, el aflojamiento del suelo y la eliminación de coberturas al inicio de la temporada de lluvias generan terrones y agregados prácticamente sueltos que son susceptibles al desmoronamiento y al arrastre por agua de escorrentía. Esto determinó diferencias significativas (p < 0,05) en la lámina total de escorrentía, que aumentó gradualmente con el nivel de intervención del suelo (tabla 1).
En el suelo de uso agrícola cultivado durante 25 y 70 años, el nivel de escorrentía aumentó un 95% y un 97% respectivamente frente al testigo. La escorrentía del suelo cultivado durante 70 años fue un 22,5% y un 29% superior a la del suelo cultivado durante 25 años, con un 12% y un 25% de pendiente respectivamente. Aunque estadísticamente no hubo diferencia (p > 0,05), la tendencia general mostró que la escorrentía se incrementó al aumentar la pendiente del terreno. En el suelo cultivado durante 25, 45 y 70 años, el nivel de escorrentía fue, en su orden, un 6%, un 10,5% y un 12,5% superior al 25% de la pendiente. El incremento en los niveles de escorrentía en los suelos más intervenidos demostró el impacto de las prácticas agronómicas actuales, las cuales están relacionadas con la degradación de algunas propiedades físicas determinantes en el proceso de retención de humedad (tablas 1 y 2).
El cambio de uso del suelo afectó la dinámica de la lámina de escorrentía acumulada en función del tiempo (figura 2). Los suelos con menor intervención, como el testigo y la pastura, presentaron la menor tasa de escorrentía. Para el uso rt-m, la tasa de escorrentía aumentó un 28%, al pasar de 25 a 70 años de uso, con un 25% de pendiente. En el suelo cultivado durante 25, 45 y 70 años, la tasa de escorrentía se incrementó un 6%, un 11% y un 8%, al pasar de 12% a 25% de pendiente. Generalmente, los agricultores sobrepastorean sus lotes y queman los tamos de trigo y de cañas de maíz después de la cosecha, con el argumento de que dichos residuos no permiten una buena labranza para el ciclo siguiente. Esta práctica, más la labranza, pulveriza el suelo y favorece los procesos de escorrentía potenciados por las fuertes y prolongadas pendientes (Volverás 2006).
Infiltración del agua
]]> El tipo de uso del suelo generó un efecto negativo significativo (p < 0,05) sobre la lámina total infiltrada, la cual disminuyó conforme se aumentó el nivel de intervención del primero. Con respecto al testigo, la infiltración del suelo cultivado durante 25, 45 y 70 años disminuyó un 44%, un 48% y un 61%, respectivamente. Para el uso rt-m del suelo, la infiltración disminuyó con el tiempo, de tal manera que en los intervalos de 25 a 45 años y de 45 a 70 años, la lámina total infiltrada bajó un 12% y un 30%, respectivamente. Aunque estadísticamente el grado de inclinación del terreno no generó un efecto significativo (p > 0,05), la lámina total infiltrada disminuyó con el aumento de la pendiente; en suelo cultivado durante 45 y 70 años, la infiltración disminuyó 11,5% y 19%, respectivamente, al pasar de un 12% a un 25% de pendiente (tabla 1).El tipo de uso del suelo afectó la dinámica de la lámina de infiltración acumulada en función del tiempo (figura 3). El testigo presentó la mayor tasa de cambio, que disminuyó un 53% al pasar a pastura. En suelo cultivado durante 25, 45 y 70 años, la disminución fue de 45%, 51% y 66%, respectivamente. Para el uso agrícola rt-m, el grado de intervención del suelo y la pendiente del terreno afectaron la tasa de infiltración. El cambio de 12% a 25% de pendiente disminuyó la tasa de infiltración un 12% y un 19% en el suelo cultivado durante 45 y 70 años, respectivamente.
El comportamiento de la infiltración coincide con los resultados reportados por varios autores en estudios sobre el impacto del uso del suelo en ecosistemas tropicales. En dichos estudios hubo disminución de la capacidad de retención de agua con el aumento del tiempo de uso y del gradiente de inclinación del terreno (Amézquita y Orozco 2000; Sustaita-Rivera et al. 2000; Campo 2004; Galvis 2005; Montenegro 2005).
La capacidad del suelo para permitir la entrada de agua lluvia depende de la presencia de agregados superficiales estables, de la cobertura o de la rugosidad superficial del terreno, factores que propician la infiltración. El exceso de labranza conduce al sellamiento y encostramiento superficial, procesos que disminuyen el almacenamiento de agua. Esto quedó reflejado en la disminución de la tasa de infiltración del suelo cultivado durante 25 años (disminución de un 70,4 % respecto al testigo) y demostró la fragilidad del suelo con el uso actual en las condiciones de laderas andinas de Nariño (figura 3).
La figura 4 muestra que el uso intensivo del suelo de ladera afectó negativamente los procesos hídricos y contribuyó a la disminución de la capacidad productiva de este. De la lámina total aplicada, el testigo y la pastura infiltraron un 98,3% y un 94%. En el suelo cultivado durante 25, 45 y 70 años solo se infiltró, en su orden, un 56%, un 48% y un 35% de la lámina de agua aplicada.
La relación entre escorrentía y suelo erosionado correspondió a la comúnmente encontrada en agroecosistemas con uso intensivo. Las mayores pérdidas de suelo correspondieron a las mayores láminas de escorrentía hasta los 45 años de uso agrícola. Después, aunque la escorrentía aumentó con el tiempo de uso, la pérdida de suelo disminuyó, como consecuencia de la degradación de algunas propiedades de este generadas por la pérdida de material fino, el aumento de material grueso y la formación de duros terrones que hicieron que el suelo fuera menos susceptible al arrastre (Páez y Plá 1992). La diferencia entre humedad inicial y final (figura 4) mostró que el cambio a un uso más intensivo afectó la ganancia de agua. El cambio a pastura y a uso agrícola disminuyó en un 50 % y un 73 %, respectivamente, la ganancia de agua después de la simulación.
Densidad aparente y densidad real
El análisis de varianza mostró diferencias significativas entre los tratamientos para densidad aparente y densidad real. La densidad aparente osciló entre 0,88 g/cm3 para el uso rt-m y 1,34 g/cm3 para el uso en pastura (ambos usos durante 45 años, con un 25% de pendiente). Estos valores están directamente relacionados con los niveles de materia orgánica y con alta carga animal (tabla 2), y duplican la densidad aparente característica de los suelos de la región andina de Nariño, que varía entre 0,4 y 0,8 g/cm3 (Volverás 2005; Volverás et al. 2007).
]]> Con excepción del uso rt-m durante 45 años con un 25% de pendiente, la densidad aparente tendió a aumentar con el tiempo de uso del suelo y con la profundidad, y estuvo por encima de 1,03 g/cm3. Estos valores son superiores a los reportados por Salamanca (2000) y Amézquita (1994) en trabajos sobre la zona andina colombiana y pueden ser el resultado de la labranza intensiva, que disminuyó la estabilidad estructural y generó la pérdida de partículas finas y de volumen del suelo, con consecuencias sobre el desarrollo radicular y sobre el suministro de agua y nutrientes (tablas 1 y 2; figura 6). El incremento de la densidad aparente por el uso continuo del suelo por lo general afecta más los poros de mayor tamaño. Esto reduce la capacidad de retención del agua en succiones bajas y puede aumentar la capacidad de retención en succiones altas (Pla 1994; Amézquita 2001; Montenegro 2005).
Los cambios de densidad aparente indican que el uso del suelo tiene un efecto acumulativo que hace que las partículas removidas y sueltas (figura 6) se reacomoden y ocupen el espacio que correspondía al agua y al aire (Gutiérrez 2000). Esto concuerda con lo reportado por Montenegro (2005) y Galvis (2005) en trabajos sobre labranza en sistemas productivos colombianos.
El suelo con pastura y el testigo presentaron la mayor y la menor densidad real respectivamente, con valores cercanos a los reportados por Su et al. (2007) y por Salamanca (2000) en agroecosistemas con diferentes tipos de labranza. La similitud de la densidad real entre los suelos con usos rt-m durante 25 años y los suelos con usos rt-m durante 70 años sugiere que antes de 25 años hay efectos del uso sobre algunos indicadores cuando los suelos de ladera son sometidos a mecanización intensiva (tabla 2).
A diferencia de la densidad aparente, la densidad real disminuyó con la profundidad, información que contrasta con los resultados obtenidos por Orozco (1991) y por Montenegro (2005) en estudios sobre cambios de condiciones del suelo andino colombiano. En general, al comparar el testigo con los tratamientos de uso intensivo, se encontró afectación sobre la densidad real. La labranza continua y excesiva en pendiente genera pérdida de materia orgánica y de material fino en la superficie, lo que puede contribuir al aumento de la densidad real en las capas superiores del suelo en la zona triguera de Nariño (tabla 3 y figura 6).
Porosidad total y distribución del tamaño de poros
El análisis de varianza mostró diferencias significativas entre tratamientos para porosidad total, macroporos, mesoporos y microporos. La porosidad total fluctuó entre un 45,25% para el suelo con pastura y un 61,44% para suelo en uso agrícola de 45 años con un 25% de pendiente (figura 5). La porosidad total del testigo y del suelo para uso agrícola estuvo por encima del 53%, lo que puede ser favorable para el desarrollo de los cultivos (Castro y Gómez 2004). Estos resultados se explican por el manejo tradicional de la pastura con sobrepastoreo y por el efecto temporal de los implementos de labranza, que mejoran ciertas condiciones del suelo como la porosidad y la capacidad de retención de humedad. Lo anterior es similar a lo reportado por Preciado (1997), Pla (1994) y Sustaita-Rivera et al. (2000) en estudios sobre sistemas agrícolas tropicales.
La porosidad total disminuyó el 10% en relación con la profundidad (tabla 3), lo cual puede estar relacionado con labranzas a una misma profundidad por muchos años. Este hecho concuerda, además, con lo reportado por Amézquita et al. (1998) en trabajos sobre los efectos de esta práctica en varios ecosistemas de Colombia. El movimiento y el comportamiento del agua y del aire en el suelo dependen de la distribución del tamaño de los poros (Amézquita 1994). Los daños en la estructura del suelo causan cambios en los procesos de absorción de nutrientes y de agua. La disminución del porcentaje de macroporos afecta negativamente las posibilidades de crecimiento de las raíces y, con ello, el fenómeno de interceptación de iones por parte de estas, lo cual afecta, a su vez, el ingreso de agua al suelo (Amézquita et al. 1998). Cuando se reducen los macroporos que drenan a succiones bajas, también se reduce la conductividad hídrica y se incrementa la succión de agua del suelo.
]]> El nivel de macroporos fluctuó entre 7,76% para la pastura y 20,61% para rt-m (ambos con 45 años y un 25% de pendiente). Para el uso agrícola rt-m, no hubo diferencias significativas, pero el uso agrícola aumentó los macroporos frente al testigo, comportamiento similar al reportado por Galvis (2005) y Montenegro (2005), pero contrastante respecto a los resultados de Torres (2000), Amézquita (2003) y Volverás (2005), en estudios dedicados a comparar diferentes niveles de uso del suelo (figura 5). Los mesoporos fluctuaron entre el 6,72% para el suelo con pastura y el 13,68% para el suelo en uso agrícola (ambos con 25 años de uso y un 12% de pendiente). El porcentaje de mesoporos fue mayor para el uso agrícola, sin embargo, para un eficiente proceso de absorción de nutrientes y de disponibilidad de agua, deberían tener una mejor proporción. El aumento de macroporos y de mesoporos en el uso agrícola, en comparación con el testigo y la pastura, puede obedecer a condiciones favorables generadas por el sistema de raíces del cultivo de trigo y de maíz (cultivos establecidos por largos periodos de tiempo) y al efecto temporal de la labranza (Pla 1994).La mayor proporción de microporos, la presentaron la pastura y el testigo. La figura 5 muestra que, para el suelo de uso agrícola, no hubo diferencias en los altos niveles de microporosidad y que el porcentaje de microporos, en algunos casos, alcanzó hasta el 60% de la porosidad total. Estos resultados son similares a lo reportado por Ruiz (1999), pero contrastantes con lo reportado por Herrera (1989) en trabajos sobre el manejo de labranza en diferentes agroecosistemas andinos colombianos.
Respecto a la profundidad, se encontraron diferencias significativas en el porcentaje de macroporos y mesoporos, y diferencias no significativas para el porcentaje de microporos. De 20 cm a 40 cm de profundidad, el porcentaje de macroporos y mesoporos disminuyó un 20% y un 13% respectivamente, lo que se relaciona con el aumento de la densidad aparente y la disminución de la porosidad total (tabla 3 y figura 5).
Conclusiones
En la zona cerealera fría andina de Nariño, la labranza intensiva por largos periodos de tiempo generó cambios negativos importantes en los suelos, relacionados con pérdida de volumen, porosidad total y composición textural, lo cual puede conducir a problemas en el drenaje, en la transmisión de agua y en la disminución de la conductividad hídrica.
Los cambios y comportamientos de las características descritas permiten inferir que es necesario modificar y mejorar las prácticas de uso de la tierra que generan su degradación. Se requiere trabajar en la reducción del impacto del uso del suelo mediante el mejoramiento de la práctica de labranza y la generación de secuencias agrícolas que involucren especies en rotación que faciliten la acumulación de materia orgánica de mejor calidad y cantidad.
Agradecimientos
Los autores expresan sus agradecimientos a Luis Fernando Gómez, Pedro Uribe y Susana Nivia por sus aportes en la redacción del documento.
Descargos de responsabilidad
Este artículo se realizó con el apoyo financiero de Corpoica y Fenalce. Los autores manifiestan que no existe ningún conflicto de interés que afecte los resultados presentados.
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