La salinización de los suelos es el proceso de acumulación en el suelo de sales solubles en agua. Esto puede darse en forma natural, cuando se trata de suelos bajos y planos, que son periódicamente inundados por ríos o arroyos; o si el nivel de las aguas subterráneas es poco profundo y el agua que asciende por capilaridad contiene sales disueltas. Cuando este proceso tiene un origen antropogénico, generalmente está asociado a sistemas de riego. Se llama suelo salino a un suelo con exceso de sales solubles. La sal dominante en general es el cloruro de sodio (NaCl), razón por la cual el suelo también se llama suelo salino-sódico.
Una consecuencia de la salinización del suelo es la pérdida de fertilidad, lo que perjudica o imposibilita el cultivo agrícola. Es común frenar o revertir el proceso mediante costosos «lavados» de los suelos para lixiviar las sales, o pasar a cultivar plantas que toleren mejor la salinidad. Por otro lado, en la planificación de los sistemas de riego modernos este es un parámetro que se considera desde el comienzo, pudiendo de esta forma prevenirse la salinización dimensionando adecuadamente las estructuras y estableciendo prácticas de riego adecuadas.
La causa de la salinización del suelo es un aporte de sales mayor que la descarga; normalmente el agua con sales disueltas es lo que aporta estas sales. Ejemplos de suelos salinos naturales se encuentran en las costas marítimas donde los terrenos se inundan desde el mar, donde el viento sopla gotas de agua salina tierra adentro y/o el flujo subterráneo del mar penetra en el acuífero interno. También en los desiertos hay suelos salinos a causa de la alta evaporación del agua aportada históricamente.
El problema no natural de la salinización se da en los terrenos regados, porque el agua de riego siempre contiene algo de salinidad y la concentración en el suelo aumenta continuamente por la evapotranspiración. Por ejemplo, asumiendo que el agua de riego tiene una baja concentración de 0.3 g/l, y una aplicación anual modesta de 10,000 m³ agua por ha (casi 3 mm/día), la irrigación introduce 3,000 kg sal/ha cada año. En regiones donde la precipitación es escasa durante todo el año (clima árido) o está prácticamente limitada a una sola estación (lluvias de monzón) es necesario el riego.
En terrenos regados donde parte del agua aplicada o parte de la lluvia percola por el suelo y se descarga por un drenaje natural subterráneo, generalmente la exportación de sales es suficiente para evitar la salinización.
Existen tres peligros de salinización:
En el segundo caso (riego por inundación), cuando se logra suministrar el agua de riego ampliamente y se realiza un lavado efectivo, el nivel de la capa freática (tabla de agua) va subiendo porque la recarga es mayor que la descarga, y se originará estancamiento de agua. Se presentan problemas gemelos: las cosechas agrarias se disminuyen dramáticamente y los campos se abandonan.
Los problemas se agudizan cuando el acuífero aporta una cantidad de agua mayor que la descarga. El movimiento del agua subterránea va a ser ascendente, contribuyendo aún con más sales.
En áreas irrigadas el flujo ascendente se puede manifestar en dos formas:
En proyectos de riego, la salinización puede degradar una fracción considerable de la tierra cultivada. Cuando los terrenos salinizados son abandonados, se establece un nuevo régimen hidrológico y la situación entra en un estadio de equilibrio. En las extensiones grandes de áreas regadas en el mundo muy a menudo unos 25 a 30% de los campos son salinizados. Se trata de decenas de millones de hectáreas, lo que afecta mayormente a la parte más pobre de la población.
Las sales pueden encontrarse en varios estados en el suelo:
El equilibrio entre estos tres estados es muy variable y depende de diversos factores como:
Como ejemplos que se encuentran en la literatura, se pueden mencionar:
La salinidad del suelo se mide en términos de concentración c en gramos de sales disueltos por litro de agua del suelo (g/l), pero también se puede medir como conductividad eléctrica σ de la solución en dS/m. La conversión que se usa típicamente como aproximación es:
La relación varía un poco, dependiendo de la composición del suelo y de las sales, pero la desviación normalmente es menos de 10%. La salinidad del mar puede ser 30 g/l o 50 dS/m.
La referencia general de la salinidad es la del el extracto de un suelo super saturado cuyo conductividad eléctrica se escribe como ECe. Sin embargo, la salinidad se deja medir más fácilmente en una mezcla 2:1 o 5:1 de agua:suelo (en términos de gramo de agua por gramo de suelo seco) que en un extracto saturado, porque este require centrifugación. La relación entre ECe y EC2:1 es aproximadamente 4, entonces: ECe = 4 EC2:1.
Los suelos son considerados salinos cuando ECe > 4. Suelos con 4 < ECe < 8 se llaman ligeramente salinos, con 8 < ECe < 16 (moderadamente) salinos y con ECe > 16 severamente salinos
Las plantas sensitivas pierden su vigor en suelos ligeramente salinos, la mayoría de las plantas se ve afectada por una salinidad moderada, y solo las plantas muy resistentes sobreviven en suelos severamente salinos. La Universidad de Wyoming, EUA, y el Gobierno de Alberta, Canadá, reportan datos de tolerancia de plantas a la salinidad del suelo. También existen datos de tolerancia medidos en el campo del agricultor en países tropicales
El lavado del suelo se hace con el objetivo de recuperar terrenos salinizados o para mantener un contenido de sales aceptable.
El proceso de lavado se puede ilustrar con las curvas de lavado obtenidos de los datos obtenidos del campo experimental Chacupe en el Perú. La figura muestra el contenido de sales en el suelo - como conductividad eléctrica (CE) de la humedad del suelo como relación al contenido inicial (CEi) - en función de la cantidad de agua que ha percolado por el perfil del suelo. La capa superior del suelo se lava rápidamente. El contenido de sales el subsuelo inicialmente está subiendo bajo influencia de las sales que entran desde arriba, pero en seguida el subsuelo también se lava.
Ya que las sales en el suelo están distribuidos irregularmente, la eficiencia de lavado (EL) puede ser menor de uno. Suelos salinos con baja eficiencia son difíciles de recuperar. En los suelos arcillosos del pólder de Lezíria Grande en el delta del Río Tajo en Portugal se encontró una eficiencia de lavado de solo 0.10 a 0.15. El suelo no se pudo mejorar fácilmente y era usado para la cría de toros en pastos naturales.
Por otro lado, para los suelos arcillosos en el delta del Río Nilo en Egipto se detectaron eficiencias de lavado mucho más alto del orden de 0.7 a 0.8 (véase la figura de calibración). La figura muestra diferentes curvas de desalinización con diferentes eficiencias de lavado como asumidas en modelo hidrológico-salino SaltMod, con datos del campo experimental Mashtul. Los valores observados de la salinidad corresponden mejor con la eficiencia de lavado de 0.75. La figura ilustra el proceso de calibración de la eficiencia de lavado, parámetro que es difícil de medir directamente.
La norma de lavado puede referirse a:
La relación:
se llama fracción de lavado.
El ramo descendiente de la curva de lavado se deja describir con la fórmula de desalinización:
Con fines de mantener un balance de sales favorable en el suelo en concordancia con la tolerancia de los cultivos agrícolas, la fracción de lavado mínima debería ser de:
La zona no saturada del suelo, entre la superficie y la tabla de agua (capa freática) está sujeta a cuatro factores hidrológicos importantes de recarga y descarga:
En el estado estacionario, entendido como que la cantidad de agua almacenada en la zona no se cambia en el transcurso del tiempo, el balance de agua en la zona no saturada se escribe como:
y entonces:
y el balance de sales es:
Se ha asumido que no haya escurrimiento del agua sobre la superficie, que el agua de lluvia no contenga sales, y que la incorporación de sales en las plantas es tan pequeña que esto se puede descuidar.
La concentración Cp se deja escribir como:
Asumiendo que el aumento de la cantidad de sales no es deseable (es decir As=0), y que la concentración Cn alcanza el valor deseado (Cd, Cn=Cd), el balance de sales cambia en:
Aquí, el término de riego (Irr) se puede reemplazar por:
y el lavado (Perc) por:
Después de un re-cálculo se obtiene:
Con esta ecuación se puede determinar también el requerimiento de riego y el de drenaje subterráneo necesario para cumplir las condiciones puestas.
La concentración permitida Cd depende del límite de tolerancia de las plantas a la salinidad.
El valor del requerimiento de lavado Lr normalmente varía entre 10 a 20%. En suelos con capa freática profunda la eficiencia del riego de campo en la práctica es menos de 70%. En esta situación las pérdidas de más de 30% son ampliamente suficientes para mantener un equilibrio de sales favorable, aunque las pérdidas pueden causar otras problemas como el subido del nivel freático que a su vez genera problemas de drenaje y salinización.
Las condiciones del acuífero en tierras regadas y el flujo subterráneo juegan un papel importante en la salinización del suelo, como se ilustra a continuación:
Salinización del suelo en la parte baja del terreno inclinado con acuífero importante.
Salinización del suelo en la parte sin riego del terreno plano con acuífero importante.
Salinización del suelo en terreno sin acuífero importante y con pobre drenaje subterráneo.
Salinización del suelo en un delta costero con aporte de agua subterránea por el acuífero.
El drenaje subterráneo se efectúa generalmente mediante un sistema de drenaje horizontal (es decir con zanjas o tubos enterrados), pero también son aplicables sistemas verticales (con pozos bombeados).
El sistema de drenaje diseñado para el control de la salinidad del suelo también baja el nivel freático (la tabla de agua). A fin de reducir los costos, el sistema debe diseñarse de manera que la bajada del nivel freático sea lo mínimo posible.
En muchos casos una profundidad promedia estacional del nivel freático por debajo de la superficie del terreno de 0.6 a 0.8 m es suficiente (véase el gráfico de cosechas). Ya que el nivel freático siempre fluctúa, esto implica que la tabla de agua a veces alcanza la superficie del terreno después de una lluvia o una aplicación de riego grande, pero también que la tabla de agua se profundiza a más de 1 m. La fluctuación ayuda la respiración del suelo expulsando al subir el dióxido de carbono (CO2) producido por las raíces y jalando al bajar el oxígeno (O2) fresco necesario.
El mantener de la profundidad mínimo de la tabla de agua ofrece la ventaja de que entregas de agua de riego demasiado grandes serán desalentados porque la cosecha se reduciría a un nivel elevado de la tabla de agua. Así el agua de riego se ahorra promoviendo el uso más efectivo.
La tesis planteada arriba es muy general ya que en algunos casos se necesitan niveles freáticos todavía menos profundos, por ejemplo en el cultivo de arroz en arrozales inundados, mientras que en otras instancias se requieren niveles más profundos como para árboles frutales y para caña de azúcar en su período de maduración. La determinación de la profundidad más apropiada es sujeto de «criterios de drenaje».
En áreas regadas con escasa disponibilidad de agua y con problemas de drenaje y salinidad a veces se practica el cultivo por fajas en que se introducen fajas cultivadas alteradas con fajas en barbecho permanente (fajas de sacrificio). Por el aporte de agua, el nivel del agua subterránea en las fajas regadas es más elevado que en las fajas sacrificadas, lo que origina un flujo de agua subterránea hacia las fajas no regadas. Este flujo subterráneo funciona como un drenaje subterráneo de las fajas regadas en las cuales el freático así está controlado a un nivel aceptable, el lavado del suelo es factible, y la salinidad de suelo se puede mantener a un nivel lo suficiente bajo.
En las fajas no regadas, el suelo es seco y por succión capilar el agua subterránea asciende y evapora, dejando en la tierra las sales que eran disueltos en el agua. Como consecuencia, las fajas de sacrificio se salinizan. Sin embargo, las fajas no regadas pueden tener una cierta utilidad para el ganado agraria, sembrando gramíneas y hierbas comestibles que tienen resistencia a la salinidad. Además se pueden plantar árboles útiles que son resistentes a la salinidad (por ejemplo la Casuarina, el Eucalyptus, o Atriplex) tomando en cuenta que la salinidad del subsuelo mojado no es tan grande como la del suelo superficial. En estas formas también se controla la erosión del suelo por vientos. Las fajas de barbecho también pueden sirven para la cosecha de sal.
La mayoría de los modelos matemáticos y software disponible para el agua del suelo y las materias disueltas en ello (por ejemplo SWAP, DrainMod-S, y UnSatChem) están basados en la ecuación diferencial de Richards para el flujo en el suelo no saturado en combinación con una ecuación diferencial de la dispersión
Los modelos necesitan datos de ingreso de las características del suelo como la relación entre el contenido de líquido en suelo no saturado, la succión capilar, la permeabilidad y la dispersividad. Estas relaciones tienen una grande variación de un lugar al otro y no son fáciles de medir. Los modelos utilizan intervalos de tiempo muy pequeños y requieren por lo menos valores diarios de los variables que dependen del tiempo y de los factores hidrológicos. Todo esto conduce a la condición de que la aplicación a la escala de un proyecto de riego es una actividad de un equipo de especialistas con amplias facilidades.
Modelos de hidro-salinidad más simples como SaltMod, que utilizan datos estacionales en vez de diarios y que disponen de una función empírica del ascenso capilar, también están disponibles y tienen utilidad para las predicciones a largo plazo que dependen del manejo de agua como el riego y el drenaje. Variando el manejo, el modelo permite simular los subsequentes efectos y apreciar el manejo óptimo.
SaltMod toma en cuenta la variación espacial al azar de la salinidad (véase el gráfico).
La variación espacial a causa de diferencias en elevación topográfica se puede calcular con modelos de hidro-salinidad combinados con un modelo de flujo subterráneo en el acuífero, por ejemplo SahysMod.
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