Procesos en la interfase suelo-atmósfera que inciden en la eficiencia de uso del agua

El agua es un recurso escaso en las zonas semiáridas proviniendo principalmente de la precipitación (“agua verde”) y, en menor medida, del aprovechamiento de ríos, lagos y acuíferos (“agua azul”). Según Llamas Madurga (2005), el estudio de las huellas hidrológicas de diversos países está aportando nuevos datos y perspectivas. Estos indican que la denominada “crisis del agua” no es la resultante de la escasez física del recurso, sino que esencialmente se trata de un problema de mala gestión.

La identificación, jerarquización y categorización de los principales factores de la productividad física y económica del agua constituye un objetivo previo para elaborar estrategias que permitan mejorar el manejo del recurso (Quiroga et al., 2014). El clima, los suelos, sus características, y relación con el paisaje determinan distintas combinaciones de factores y procesos relacionados con la dinámica del agua y el comportamiento de los cultivos, imprimiendo así potencialidades y restricciones al manejo agronómico. Las tecnologías destinadas a mejorar la eficiencia de uso del agua (EUA), deben basarse sobre esta interacción clima-suelo-cultivo que adquiere características sitio-específicas. El objetivo de esta presentación es identificar factores y procesos relacionados con la gestión del agua, en la zona semiárida del sudoeste bonaerense, y aportar elementos para su futura jerarquización.

 

Los procesos relacionados con la dinámica del agua ocurren principalmente en la zona de contacto entre el suelo y la atmósfera. A los efectos prácticos esta zona se puede denominar interfase suelo-atmósfera e incluye una capa de la atmósfera de unos pocos metros, la cobertura superficial, y los horizontes superiores del suelo. Puede extenderse a la totalidad del perfil de suelo explorado por las raíces de los cultivos, especialmente cuando algún horizonte o característica influye sobre los procesos que ocurren en la superficie.

En esta interfase se producen los intercambios de agua en sus distintos estados, a través de procesos como: infiltración, escurrimiento, percolación, ascenso capilar, flujo subsuperficial (saturado o no), evaporación, absorción por las plantas, transpiración, y otros de menor importancia como captación a partir de la atmósfera (nieblas y rocío).

El clima, representado por radiación, temperatura, humedad relativa, viento y precipitación; el relieve, la cobertura superficial, el suelo (composición granulométrica, estructura, presencia de capas u horizontes impermeables, profundidad efectiva, capacidad de retención de agua), y su manejo, junto con otros condicionantes como la cercanía de la capa freática y su composición, son factores que interactúan entre sí modificando la relación entre los procesos de intercambio de agua entre el suelo y la atmósfera.

Esta interacción ocurre fundamentalmente en dos niveles o relaciones escalares: regional, donde predomina un control climático y geomorfológico, y local, donde dominan las características de los suelos y combinaciones de factores como microrelieve, cobertura, estado de la superficie del suelo, entre otros. El manejo del suelo tiene particular influencia a este nivel, donde radican las principales estrategias y posibilidades de mejorar la EUA.

 

Forma el extremo meridional de la Región Semiárida Pampeana, y de la Pampa Austral según distintas zonificaciones. Sus límites deben considerarse tentativos, con amplias fajas transicionales hacia ambientes subhúmedos y semiáridos que, además, fluctúan en el tiempo en función de la variación de las precipitaciones. Desde el punto de vista de la división política se la puede relacionar con los partidos de Bahía Blanca y Cnel. Rosales, a los que se agregan sectores de los partidos de Adolfo Alsina, Puán, Tornquist, y Villarino, este último en transición gradual hacia el inicio de la zona árida.

De acuerdo con datos de la estación meteorológica Bordenave, el clima es continental templado, con una temperatura media anual de 14,7°C que oscila entre medias mensuales de 7 a 22,6°C (serie 1960-2009). El período medio libre de heladas comprende los meses de diciembre, enero y febrero aunque, en valores absolutos, existe probabilidad de heladas en cualquier momento del año. La precipitación media anual es de 666 mm, con valores extremos de 320 y 1200 mm (serie 1911-2011). La evapotranspiración potencial (855mm) supera a la oferta climática aunque las lluvias, concentradas en otoño y primavera permiten una cierta recarga del suelo. En relación con la variabilidad y cambio climático, el análisis de la serie 1960-2011 mostró incrementos leves de la precipitación y una ligera disminución de la temperatura (Rodríguez et al., 2013). Sin embargo, la proporción de la variabilidad total explicada por esta tendencia de largo plazo es menor del 5%. La variabilidad climática de mediano plazo determina ciclos (“húmedos y secos”, “cálidos y fríos”), de duración variable. Sobre estos ciclos la variabilidad interanual se constituye en un factor más de la impredecibilidad climática característica de la zona.

Si se establece una transecta a partir de la ciudad de Bahía Blanca, en dirección noroeste y a lo largo de la ruta nacional N°35 (Fig.1), se atraviesan algunos de los principales ambientes de la zona que corresponden a los dominios edáficos 3, 2 y 14 (en ese orden), definidos en el Mapa de suelos de la provincia de Buenos Aires (SAGyP-INTA-PNUD, 1989). El plano regional adosado al flanco sur del sistema serrano ha sido definido como una meseta, profundamente disectada por cursos de agua de una antigua red de drenaje (los paleovalles o “cañadones”). Hacia el oeste la meseta se transforma en una amplia planicie donde el espesor de los sedimentos aumenta, caracterizándose por una naturaleza y granulometría muy homogéneas, excepto sobre el límite oeste de la provincia donde dejan lugar a sedimentos arenosos calcáreos. En toda esta planicie persiste la presencia de la costra calcárea, con una profundidad media de 100 cm pero con variaciones marcadas, debido a que los sedimentos sepultaron una topografía diferente de la actual.

Los suelos predominantes pertenecen al orden Molisoles, siendo clasificados principalmente como Paleustoles petrocálcicos con y sin horizonte Bt. La presencia generalizada del horizonte petrocálcico limita la profundidad efectiva y la capacidad de retención de agua (Puricelli et al., 1997). Esto genera una alta dependencia del clima para la producción de cultivos y restringe las posibilidades de manejo del agua.

La combinación de clima y suelos determina que la mayor parte de la zona tenga aptitud ganadero-agrícola, con actividades de cría y recría bovina sobre pasturas permanentes y cultivos anuales forrajeros. La agricultura está representada principalmente por los cultivos de trigo, cebada y avena.

Fig.1 – Sector de la zona semiárida del sur bonaerense y ubicación transecta descriptiva en relación con la localidad de Bahía Blanca y principales rutas nacionales. Base cartográfica: Mapa de suelos de la provincia de Buenos Aires, escala 1:500.000 (SAGyP-INTA-PNUD, 1989).

La Fig.2 muestra un esquema del paisaje a lo largo de la transecta de la Fig.1. Se representa el relieve, con la variación del horizonte petrocálcico (“tosca”), y del nivel freático. En este esquema se resaltan con números algunas de las situaciones más interesantes desde el punto de vista de la dinámica del agua, las que se discuten a continuación. En esta discusión se consideran los tres grandes aspectos del balance de agua del suelo: captación, almacenamiento y retención. 

Fig.2 – Corte esquemático mostrando los principales ambientes presentes en la zona semiárida del sudoeste bonaerense, y la relación entre el relieve, el nivel freático en las zonas deprimidas, y la profundidad de la tosca.

El caso 1 es, posiblemente, el más común en la zona centro-oeste del área. La planicie, muy suavemente ondulada alterna lomadas donde la paleosuperficie del horizonte petrocálcico se acerca a la superficie del suelo, bajos donde se encuentra a mayor profundidad, y sectores planos donde la profundidad varía sin relación alguna con la superficie. En este ambiente con escaso relieve el escurrimiento es leve y sólo influye en los sectores con lomadas y bajos donde redistribuye el agua de precipitación en interacción con la infiltración y percolación.

El factor dominante de la dinámica del agua es la capacidad de retención del suelo (CRA), que en un contexto de texturas relativamente homogéneas está definida principalmente por la profundidad
efectiva. Los sedimentos, de textura franca, se hacen franco-arenosos hacia el oeste configurando un ambiente asociado que se ha denominado 1b en la Fig.2. Si bien los factores, procesos y sus interacciones son similares, la textura arenosa reduce la capacidad de retención de agua, hecho que se compensa con un ligero aumento en la profundidad efectiva.

Dentro de ciertos límites impuestos por la cantidad y distribución de las precipitaciones, los suelos de mayor CRA captan y almacenan más agua durante el barbecho. En el caso del trigo, cultivo de mejor adaptación a la zona, el almacenamiento logrado no independiza al cultivo de las lluvias de primavera. Sin embargo permite el desarrollo inicial y, en etapas posteriores, una mejor utilización del agua de precipitación. Esto determina una relación directa entre la CRA y la EUA (Krüger et al. 2014). La CRA interactúa con la cobertura superficial a través de los rendimientos, que producen diferentes niveles de residuos los que, a su vez, condicionan el almacenamiento de agua en siembra directa durante el siguiente barbecho.

La cobertura superficial puede considerarse el segundo factor de la dinámica del agua en este ambiente, con efectos leves sobre la captación, y fuertes sobre la retención. En el primer caso por la protección del suelo ante el impacto de las gotas de agua y el efecto de los residuos en la demora del escurrimiento. En el segundo a través de su impacto sobre la evaporación del agua del suelo.

Después de la CRA, el manejo del suelo es el siguiente determinante de la cobertura. La siembra directa es el único sistema de cultivo que genera dos estratos de residuos: uno inferior, con residuos acostados y dispersos sobre la superficie del suelo, y uno superior con los residuos en pie y anclados al suelo por el sistema radical remanente. Los residuos acostados sobre el suelo lo protegen de la radiación solar, que proporciona la energía para la evaporación. Los residuos en pie contribuyen al sombreado pero forman, además, una cortina porosa que reduce la velocidad del viento sobre la superficie del suelo, favoreciendo un microambiente de mayor humedad relativa que también contribuye a frenar la evaporación.

En sistemas de siembra directa bajo pastoreo desaparece el estrato superior por pisoteo, y la cobertura se reduce drásticamente por mayor velocidad de degradación al incrementarse el contacto residuo-suelo. Menor cobertura y la eventual compactación por pisoteo reducen la captación y la retención de agua. Un efecto similar en cuanto a disminución de cobertura y pérdida de estructura se está observando en la región, bajo monocultivo continuo en siembra directa (Scmidt et al. 2006).

El manejo también influye sobre la infiltración y percolación a través de cambios en la estructura y porosidad del suelo. En siembra directa cobra importancia la formación y el mantenimiento del sistema de poroso, en especial de los macroporos. La compactación inducida por tránsito, pastoreo directo, o bien por la no labranza en suelos genéticamente susceptibles afecta negativamente la penetración y circulación del agua en el suelo.

Bajo labranza el efecto de la cobertura de residuos disminuye, aún con volúmenes importantes, por la menor superficie de suelo cubierta y por la inexistencia del estrato superior. En contrapartida suele aumentar la captación, respecto del suelo desnudo, al retener los residuos parte del escurrimiento, y favorecer superficies de debilidad en el contacto residuo-suelo que disminuyen el encostramiento. En reemplazo de la cobertura, en barbechos desnudos, la formación de una capa de suelo seco y mullido en la superficie ha sido tradicionalmente utilizada para frenar la evaporación, al impedir la difusión del vapor de agua hacia la atmósfera. Esta práctica favorece, como es sabido, los procesos de encostramiento, y erosión. La formación de rugosidad mediante agregados gruesos de gran consistencia, o la utilización de sistemas de surco profundo mejora la captación del agua y contribuye a su retención. En el primer caso se demora el eventual escurrimiento, permitiendo un mayor tiempo de infiltración. En el segundo, en función de sus desniveles, el microrelieve resultante reduce la velocidad del viento sobre la superficie propiciando una cierta disminución de la evaporación, aunque no comparable con la descripta para residuos en pie.

La profundidad del horizonte petrocálcico puede tener un efecto adicional sobre la dinámica del agua. Según su grado de coherencia y consolidación actúa como una barrera que impide la percolación profunda. Este efecto, especialmente importante en suelos arenosos, mejora la disponibilidad de agua para cultivos de raíces poco profundas. En suelos someros se produce el efecto inverso ya que el agua de las capas superficiales se evapora más rápidamente favorecida por una mayor exposición a las demandas atmosféricas y por la menor cobertura superficial en el caso de siembra directa.

El caso 2 incluye los paleovalles o cañadones, y los valles fluviales de los distintos arroyos que drenan el sistema serrano. Se trata de ambientes de suma importancia para el centro-este de la transecta, donde domina la meseta con suelos someros sobre tosca y, tanto cañadones como valles fluviales, representan las mejores alternativas cultivables. Un ejemplo de la relación suelo-paisaje lo aportan Bravo et al. (2004), quienes reconocieron: un sector de loma (meseta o sus relictos) con suelos someros de textura arenosa-franca; la ladera proximal, con pendientes del 2,5% y sedimentos franco-arenosos sobre tosca; y la ladera apical, con pendientes del 0,6% y suelos de génesis compleja y granulometría variable.

La combinación de factores relacionados con el agua en este ambiente varía según su posición en el paisaje. La CRA continúa siendo un factor importante determinada por textura y profundidad efectiva. Bravo et al. (2004) encontraron correlación significativa (R2=0,74, p<0,01)), entre los rendimientos del trigo y la profundidad efectiva a lo largo de los tres ambientes, hecho que sigue indicando un alto impacto de esta variable sobre la EUA del cultivo.

El relieve aparece como un nuevo factor que condiciona la dinámica del agua a través del escurrimiento. La loma resulta difícilmente cultivable en función de su escasa profundidad efectiva y textura que reducen la CRA y las posibilidades de generar cobertura. Consecuentemente la dinámica del agua, en este sector, está sujeta a la alternancia de precipitaciones y períodos de sequía con escasas posibilidades de control. En la ladera proximal la relación infiltración-escurrimiento se constituye en el factor principal de la dinámica del agua. La pendiente favorece el escurrimiento superficial, que es relativizado por las texturas arenosas y una CRA relativamente mayor. La existencia de flujos hipodérmicos cuando la paleosuperficie es suficientemente coherente contribuye a la pérdida de agua del suelo. El manejo, a través de la utilización de terrazas y cultivo en contorno puede favorecer una mayor infiltración, especialmente en sectores con mayor CRA relativa. La siembra directa también puede incidir sobre la pérdida de suelo, aunque no resulta tan efectiva en el control del escurrimiento como en el de la evaporación. En la ladera apical (o fondo del cañadón), la CRA se incrementa aunque resulta sumamente variable por la existencia de suelos de génesis compleja con diferentes texturas y profundidad efectiva.

En este ambiente y sector el nivel freático cobrar importancia en función de su profundidad y contenido de sales. En cercanías de arroyos que drenan el sector serrano el nivel freático, con agua de buena calidad, puede ser alcanzado y aprovechado por cultivos de raíces profundas. En los cañadones la importancia de la capa freática varía según la presencia o ausencia de cursos menores. En su mayoría estos cursos se originan a partir del escurrimiento subsuperficial sobre la paleosuperficie del sector de meseta, y afloran en la cabecera del cañadón. Frecuentemente el contenido de sales del agua, especialmente carbonato de sodio, es elevado y genera procesos de salinización y alcalinización en su área de influencia. Los fondos de valle que no tienen escurrimiento superficial resultan más adecuados para el cultivo, y en ellos la CRA, sumada al aporte por escurrimiento desde sectores altos domina la captación y almacenamiento del agua. Desde el punto de vista de la retención o pérdida por evaporación los factores resultan similares al caso 1.

Los casos 3 y 4 incluyen combinaciones de agua verde y azul, y se refieren a relieves cóncavos y plano-cóncavos representados por bajos, lagunas temporarias y salitrales. Aparecen especialmente en el oeste de la transecta donde el drenaje superficial pierde integración. La profundidad del nivel freático, las características del flujo (ascendente o descendente), y la calidad del agua definen la importancia del ambiente en relación con el cultivo. Krüger y Puricelli (1995), estudiaron la variación del nivel freático y su relación con las lluvias locales para un período de 30 años. La profundidad de la capa freática, a partir del año 1976, se ubicó en una media de 4 m desde el nivel de la planicie general. Existió relación entre las lluvias locales y la recarga del acuífero, aunque considerando un cierto tiempo de retardo para el ingreso del agua del suelo a la capa freática. La recarga se produjo por las lluvias de verano (enero a marzo), y su sumatoria predijo aceptablemente la altura del nivel freático en julio (R2=-0,86, p>0,01). Estos datos ayudan a comprender la dinámica del agua en ambos casos, aunque debe acotarse que, la reducida superficie de estos ambientes hace que el aprovechamiento de la capa freática por cultivos extensivos no constituya una práctica importante en la zona estudiada.

El caso 3 se refiere al denominado “bajo dulce” cuya superficie relativamente reducida no supera las 5 ha. Debido a que estos bajos tienen escaso desnivel respecto de la planicie general, la capa freática no suele interactuar con la superficie ni con las raíces de los cultivos. La dinámica del agua, con perfil hídrico descendente, es comparable a la del cañadón y valle fluvial. El escurrimiento superficial y, en menor medida, el subsuperficial, se concentran en el fondo del bajo. Sea por la inexistencia del horizonte petrocálcico como por su profundidad superior al metro, la CRA de este sector es importante.

El caso 4 corresponde a ambientes de mayor superficie y profundidad que el “bajo dulce”, hecho que incrementa la influencia del nivel freático. En años normales el nivel freático se encuentra dentro de la franja de ascenso capilar, configurando un perfil hídrico ascendente que permite la inundación y/o salinización de la superficie del suelo. Sin embargo, durante ciclos climáticos secos la profundidad de la capa freática se incrementa dejando de interactuar con la superficie. Cuando la permanencia del agua en la superficie del suelo permite el lavado de las sales, o su contenido en el agua freática es reducido, el ambiente se puede comportar en forma similar al caso 3, con perfil hídrico descendente y buena aptitud para el desarrollo de la vegetación natural o los cultivos.