Aplicación de datos del mes: Erosión del suelo

Los suelos y su importancia para las poblaciones humanas a menudo se asocian únicamente con la agricultura. La salud de los suelos es una de las preocupaciones principales para los agricultores y la comunidad global que depende de la agricultura. Los suelos son la base sobre la cual se cultiva la mayoría de los alimentos. Sin embargo, los efectos de la erosión del suelo van más allá de la pérdida de tierra fértil. Los suelos y sus procesos de reciclaje afectan directamente el contenido de carbono y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera. Los suelos también son un factor clave para prevenir las condiciones de sequía y desertificación, ya que los suelos saludables albergan más humedad y vegetación que mitigarían estos desastres.

Contenido

  1. ¿Qué es el suelo y la erosión del suelo?
  2. ¿Cómo se controla el suelo y la erosión del suelo desde el espacio?
    1. Mapeo de las características del suelo
    2. Método USLE de uso para la erosión del suelo
    3. Requisitos y limitaciones para mapear el suelo
  3. ¿Cómo puedo acceder a los mapas de erosión del suelo?
  4. ¿Cómo encaja la erosión del suelo en el contexto de los desastres naturales y el cambio climático?
  5. ¿Cómo se usan los mapas de suelos para la gestión de desastres?

1. ¿Qué es el suelo y la erosión del suelo?

El suelo es uno de los únicos elementos naturales que es biogeoquímico: está en la intersección entre los procesos biológicos, geológicos y químicos. Los suelos contribuyen directamente a las necesidades humanas básicas, como alimentos, agua limpia y aire, y son un importante portador de la biodiversidad.

La erosión es un proceso geológico que ocurre en la roca, el suelo o los materiales disueltos se desgastan y se transportan de un lugar a otro sobre la superficie de la Tierra. La erosión abarca eventos como deslizamientos de tierra. De los procesos de erosión natural que ocurren en la Tierra, la erosión del suelo se encuentra entre los más pertinentes con respecto a los medios de vida humanos. La erosión del suelo se define como el desplazamiento de la capa superior del suelo por efecto del agua, el viento u otra erosión física; Es un proceso natural que ocurre durante el tiempo geológico y es esencial para el ciclo de nutrientes en el mundo.

Las actuales preocupaciones sobre la erosión del suelo están relacionadas con su aceleración. El suelo ya no se erosiona a un ritmo natural debido a la actividad humana y al cambio climático. Es posible crear suelo relativamente rápido mediante el compostaje, pero esta es una solución a corto plazo y el compost carece de muchos de los nutrientes y la biodiversidad que abarcan los suelos naturales. Los suelos naturales tardan entre miles y millones de años en formarse a través de complejos procesos biogeoquímicos. En términos de una escala de tiempo humana, la pérdida de suelo no se renueva fácilmente. Por lo tanto, es pertinente mantener adecuadamente los suelos que existen ahora.

La erosión del suelo es causada principalmente por las fuerzas del agua, como la lluvia y el flujo de agua. Los efectos de las fuerzas del agua sobre el suelo se ven agravados por técnicas inapropiadas de cultivo agrícola que dejan los suelos débiles y desnudos. Por ejemplo, hay un enfoque de nuevos estudios que relacionan las prácticas de labranza con tasas masivas de erosión del suelo. Además, muchos monocultivos agrícolas, como el algodón, el café, el aceite de palma, la soja y el trigo, no pueden aferrarse al suelo con sus raíces lo suficiente como para mantener una capa compacta del suelo. Otro factor importante es el aumento de la deforestación que deja el suelo desnudo. Estas prácticas conducen a suelos estructuralmente débiles que son susceptibles a la erosión principalmente producida por el agua. A medida que aumentan las precipitaciones, la deforestación y las prácticas agrícolas, la tasa de erosión del suelo también seguirá aumentando, amenazando la sostenibilidad de las sociedades humanas.

2. ¿Cómo se controla el suelo y la erosión del suelo desde el espacio?

La disponibilidad de información actualizada y precisa del suelo es crucial para fines de monitoreo y manejo de desastres. Mapear exactamente cuánto suelo se pierde en un área puede ser útil para la planificación agrícola. En lugares donde hay mucha pérdida de suelo, puede ser necesario adoptar métodos agrícolas conservadores. Los suelos también se pueden mapear con respecto a su contenido de humedad u otras características generales. Esta información es útil para determinar qué áreas pueden ser más propensas a las condiciones de sequía y desertificación. Los métodos de percepción remota pueden mostrar patrones de erosión y características del suelo como un medio para adquirir datos de entrada para modelos, evaluar indirectamente el suelo en función de la cubierta vegetal o identificar directamente las características del suelo.

2.a Características de mapeo 

El suelo emite longitudes de onda específicas en una combinación de bandas espectrales específicas de acuerdo con un rango de características químicas y físicas. Esto hace posible que las técnicas de teledetección satelital discriminen entre diferentes tipos de suelo e infieran características del suelo. La radiación proviene de varios factores importantes del suelo: humedad, materia orgánica, textura de la superficie y contenido de hierro. El monitoreo de estos factores por separado o en combinación determina la salud del suelo y el riesgo de erosión en un área de estudio.

Hay un uso cada vez mayor de sistemas aéreos no tripulados (UAS), o drones, que permiten monitorear la tierra fácilmente. Esta tecnología está madurando rápidamente y es flexible; los UAS puede llenar las brechas entre los sistemas de detección geográfica basados en satélite y los de tierra. En la figura 1, la erosión local del suelo se mapea con UAS. Este método es útil para obtener información sobre un área determinada, como una granja específica.

Figure 1. Soil erosion mapped using Unmanned Aerial Systems (UAS). Image: Wageningen University & Research, NL.

2.b Método USLE para la erosión del suelo.

Hoy, una de las formas más efectivas para determinar los patrones de erosión del suelo es mediante el uso del método USLE (Universal Soil Loss Equation). También hay variaciones de esta ecuación, como los métodos MUSLE (modificado) y RUSLE (revisado) según las necesidades del usuario. Estas ecuaciones estiman la erosión del suelo en áreas de cuenca y han sido ampliamente aceptadas por más de 30 años debido a su simplicidad. El flujo de trabajo para estas ecuaciones se muestra en la figura 2.

Ecuación USLE:

A = R * K * LS * C * P

donde: R es el Índice de erosividad de la precipitación (MJmm ha-1 año), K el factor de erosión del suelo (toneladas ha-1 unidad R-1), LS el factor topográfico (sin dimensiones), C es el factor de gestión del cultivo (sin dimensiones), práctica de conservación de factor P (adimensional), pérdida de suelo media anual a largo plazo (toneladas ha-1 año-1)

El mapeo de áreas de riesgo de erosión y la utilización del método empírico USLE requieren diferentes datos de entrada, como patrones de precipitación, datos de cobertura del suelo y modelos digitales de elevación (DEM). USLE es un método popular debido a su amplio uso, relativa simplicidad y capacidad de ser fácilmente comparado con otras investigaciones de erosión del suelo utilizando métodos similares. Para traducir esto en un mapa, se puede utilizar un método de discretización basado en la cuadrícula. Primero, los datos de entrada requeridos se preparan para cada cuadrícula y los valores calculados se codifican. Esta cobertura se superpone a la tasa de pérdida de suelo calculada utilizando el método USLE y los paquetes SIG. El resultado es un mapa con un riesgo de erosión del suelo que se muestra de mayor a menor. La ecuación de pérdida de suelo es útil para presentar varios escenarios diferentes al cambiar los valores de las variables que fluctúan. El aumento de los factores de precipitación R o de gestión de cultivos C y la comparación de los resultados pueden proporcionar la información necesaria para las soluciones a la erosión del suelo.

Figura 2. Diagrama de flujo de la metodología GIS USLE para estimar la pérdida de suelo. Imagen: Bahadur, 2009.

2.c Requisitos y limitaciones para mapear el suelo

Con respecto a la precisión de las técnicas de detección remota, la cobertura del suelo a menudo se produce a una escala relativamente gruesa (1 km), pero esto permite una mayor cobertura espacial y actualizaciones más frecuentes. Además, los análisis producidos usando el método USLE son estimaciones de pérdida de suelo a largo plazo y no se aplican a eventos de tormentas individuales o años específicos, por ejemplo. Sin embargo, esta resolución de datos es útil en el contexto del mapeo de regiones privadas de datos como África.

También es importante tener en cuenta los supuestos que se hacen al mapear los suelos. Se supone que la reflectancia espectral de los suelos erosionados o acumulados tiene atributos inherentemente diferentes que los suelos "sanos" no erosionados. Las técnicas de teledetección solo caracterizan la superficie y, ocasionalmente, las zonas poco profundas de los suelos. Se supone que la superficie del suelo es un indicador suficiente para el perfil general del suelo de un área. Se puede limitar la variabilidad de la estimación dividiendo las cuencas hidrográficas en subáreas, cada una con características aproximadamente uniformes.

Idealmente, las características del suelo se validarían in situ y de forma remota para una mayor precisión. Sin embargo, en muchas partes del mundo, son escasas las redes actuales de estaciones terrestres y científicos del suelo que realizan evaluaciones in situ del suelo. En el contexto del monitoreo del suelo a escala continental, la evaluación de las características del suelo mediante teledetección es una alternativa efectiva. Los mapas de suelo pueden ayudar a racionalizar los esfuerzos de conservación al mostrar áreas de alto riesgo que necesitan observación adicional de los métodos in situ.

3. ¿Cómo puedo acceder a los mapas de erosión del suelo?

Hay muchos conjuntos de datos disponibles basados en la teledetección que se pueden usar para evaluar los suelos. Muchos de estos conjuntos de datos cubren grandes cantidades de tierra, a menudo a escala continental. Además, hay innumerables publicaciones científicas que presentan hallazgos de erosión del suelo a escala nacional, regional o local.

  • Datos globales de humedad del suelo 1978-2010 (Link)
  • Erosión global del suelo (ESDAC) (Link)
  • Control de la erosión del suelo para el territorio de la UE (Link)
  • Base de datos de perfiles de suelos de África (Link)

4. ¿Comó encaja la erosión del suelo en el contexto de los desastres y el cambio climático?

La gestión sostenible del suelo tiene un gran potencial para regular el clima en una miríada de contexto. Los suelos también juegan un papel claro en muchos Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). La degradación de la tierra y el suelo está relacionada con la hambruna, la pérdida de biodiversidad y el cambio climático, tanto como causa y efecto.

  • Sumideros o fuentes de carbono. El secuestro de carbono es un proceso natural o artificial que implica extraer dióxido de carbono de la atmósfera y convertirlo en tierra. Los suelos adecuadamente administrados y saludables tienen el potencial de ser un sumidero de carbono significativo al absorber el carbono de la atmósfera y ayudar a aliviar los efectos de los gases de efecto invernadero. Por el contrario, ya hay una gran cantidad de carbono almacenado en los suelos del mundo, más que en la atmósfera. La alteración excesiva de los suelos y la erosión del suelo hace que el carbono almacenado se libere a la atmósfera, lo que afecta el nivel global de carbono. Los suelos son un aspecto de los hábitos de consumo humano que deben ser sostenibles en alineación con el ODS 12. El exceso de trabajo de nuestros suelos está afectando directamente el cambio climático.
  • Sequía y desertificación. El suelo excesivamente seco y expuesto tiene más probabilidades de erosionarse, lo que deja un área más susceptible a la desertificación. La vegetación es un factor clave que previene la erosión del suelo, las sequías y la desertificación. El análisis de las tierras desnudas y sin vegetación desde el espacio puede indicar dónde es más probable que ocurran estos desastres.
  • Seguridad alimentaria. La economía de muchos países en desarrollo se basa principalmente en la producción agrícola y las exportaciones de los cuales los suelos son la base. El monitoreo de los suelos puede contribuir al ODS 2: acabar con el hambre, lograr la seguridad alimentaria, mejorar la nutrición y promover una agricultura sostenible. Este es un tema pertinente para las regiones en desarrollo del mundo donde ya hay crisis de inseguridad alimentaria. Los suelos saludables conducen a rendimientos agrícolas más abundantes y, por lo tanto, a una fuente más estable de ingresos y alimentos.

5. ¿Cómo se usan los mapas de suelos para la gestión de desastres?

La erosión del suelo y los mapas característicos del suelo pueden proporcionar información útil para ayudar a las decisiones de gestión de la tierra. La erosión del suelo es un desastre que puede atribuirse en gran medida al mal uso humano de la tierra y puede superarse si las prácticas de gestión de la tierra mejoran y se vuelven más sostenibles. Por ejemplo, la caracterización correcta y oportuna de los déficits de humedad del suelo en grandes áreas puede ser un sustituto de las necesidades de gestión del agua o las condiciones de sequía y desertificación. Esta información es más precisa si se lleva a cabo a mayor escala, como se discute en el método de mapeo USLE. Un ejemplo operativo del uso de mapas de suelo para gestionar prácticas agrícolas se realizó en una región de la cuenca del Estado de Washington, EE. UU. El método RUSLE se aplicó a la cuenca de Pataha Creek y se simuló para un escenario de aplicación de prácticas de labranza cero cambiando la variable de manejo de cultivos (C ) en la ecuación. La aplicación de labranza cero a todas las tierras agrícolas mostró pérdida de suelo y el rendimiento de sedimento del suelo para las tierras de cultivo se redujo drásticamente de 17.67 a 3.89 t / ha año (figura 3).

Figura 3. Pérdida de suelo en la cuenca de Pataha Creek (t/ha año), con (a) representando la práctica agrícola actual y (b) representando un escenario de práctica de labranza cero simulada para la región.

La articulación de los SIG con la erosión del suelo es un ejemplo eficiente de cómo los desastres se pueden manejar y mitigar mediante la determinación de la distribución espacial de la erosión del suelo bajo una variedad de simulaciones. Este procedimiento realizado en el estado de Washington se puede replicar fácilmente en otras partes del mundo para comparar resultados. Ver los efectos de la agricultura sin labranza es solo un ejemplo de cómo los humanos pueden modificar su uso de la tierra para controlar la erosión.

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