Caso de estudio: Evaluación cuantitativa de largo plazo con isótopos mediante campañas de campo breves
El suelo como recurso natural
El suelo es el recurso natural fundamental para la humanidad y muchos organismos vivos. Es la base para la producción de alimentos y tiene varias funciones ambientales. Desempeña un papel clave en los ciclos del agua, los nutrientes y del carbono y sirve como medio ambiente para la flora y la fauna dentro y por encima del suelo.
El suelo es un recurso frágil y su desarrollo a partir de rocas y sedimentos erosionados bajo el efecto del agua, el aire y los organismos vivos requiere tiempo. La tasa de formación de suelo no suele exceder los 0,1 mm de suelo por año y para formar un suelo fértil adecuado para la agricultura a menudo se requieren varios cientos o incluso miles de años. Por el contrario, la pérdida de suelo puede ser un proceso rápido, especialmente si el suelo estéril está expuesto a la erosión por el agua o el viento.
La erosión del suelo como proceso paisajístico
Los procesos paisajísticos de redistribución y transformación de aire, agua, roca, suelo, nutrientes, contaminantes y organismos vivos son el resultado de la interacción compleja de una variedad de procesos individuales que van desde procesos muy dinámicos como la circulación del aire y el agua, a través de procesos de mediano plazo, por ejemplo, la dinámica estacional de la vegetación, hasta procesos duraderos como el movimiento tectónico y la erosión de las rocas. El estudio de las magnitudes, distribución espacial y temporal de estos procesos es uno de los objetivos básicos de las ciencias de los sistemas terrestres.
La erosión del suelo es uno de los grupos de procesos paisajísticos más comunes e importantes con un impacto en el sitio y fuera del sitio. Está estrechamente relacionada con el ciclo del agua y la circulación de nutrientes básicos solubles, oligoelementos y contaminantes. Varios procesos de erosión particulares participan en la redistribución del suelo. Los más importantes entre ellos son la erosión hídrica (laminar, riachuelo y barranco) y la erosión eólica (Figura 1).
Degradación de suelos en el mundo
Los procesos de erosión muestran una amplia distribución geográfica (Figura 2) y afectan gran parte de la tierra, especialmente las tierras cultivadas y los pastizales que se encuentran en áreas áridas o semiáridas. La erosión afecta a más tierras que todos los demás procesos de degradación juntos. Así la contaminación, la compactación, la salinización, etc. deterioran algunas propiedades del suelo; pero solo la erosión del suelo elimina la capa superior, a menudo la más fértil del suelo, y la redistribuye pendiente abajo en los paisajes como sedimentos. Por lo tanto, los programas para el desarrollo del uso sostenible de la tierra para la agricultura y la silvicultura tienen gran importancia para asegurar el desarrollo general de la sociedad, la explotación sostenible de la tierra y la seguridad alimentaria
Datos cuantitativos de erosión y sedimentación: ¿Qué y para qué?
La tarea más básica para la investigación de la erosión es evaluar las tasas de redistribución del suelo, su distribución espacial y la dinámica temporal. Estos datos sirven como información primaria para todas las investigaciones futuras de la erosión, sus mecanismos, modelado de escenarios, predicciones y cualquier otra actividad aplicada dirigida a la conservación del suelo.
Hay cinco grupos temáticos principales que requieren datos cuantitativos sobre las tasas de erosión y sedimentación del suelo. Estos son:
- Investigación básica (comprensión del mecanismo de los procesos de erosión);
- Identificación de áreas críticas para la conservación de la tierra;
- Comprobación de la eficiencia de las medidas de conservación del suelo;
- Obtención de los parámetros de entrada para modelos; y
- Validación e implementación de calibraciones de modelos para la toma de decisiones.
Métodos convencionales de medición y sus limitaciones
Los métodos convencionales de medición de la erosión tales como el volumétrico, las parcelas de erosión, el método hidrológico y los métodos geodésicos son utilizados para diferentes procesos de erosión y cubren diferentes escalas espaciales y temporales. La mayoría de los métodos convencionales tienen graves limitaciones. Están asociados con datos puntuales (perfiles de medición) y no proporcionan información sobre la distribución espacial de la erosión. La principal desventaja es que requieren mucha mano de obra y largos períodos de seguimiento. Estas desventajas pueden superarse utilizando el Cesio-137 como marcador de erosión.
Qué es el Cesio-137 (Cs-137)
El Cs-137 es un radionúclido ambiental o isótopo estable de cesio inducido por el hombre, liberado a la atmósfera mediante contaminaciones, producto de pruebas de armas nucleares en los años 50 y 60 del siglo pasado, mediante el cual el radionúclido se propagó a la estratosfera y descendió gradualmente a la superficie terrestre. Además, accidentes como los de las centrales nucleares de Chernobyl y Fukushima-Daiichi ocasionaron contaminaciones regionales más pequeñas. Cuando el Cs-137 entra en contacto con el material del suelo, se adhiere firmemente a los coloides del suelo y, a menudo, no se transfiere por procesos como la lixiviación (1) o la absorción por las plantas. Solo puede moverse junto con las partículas del suelo y esto significa que cualquier cambio en los inventarios de Cs-137 indica la ocurrencia de procesos de redistribución del suelo por agentes físicos (por ejemplo, erosión del suelo).
Para expresar cuantitativamente los procesos de pérdida y acumulación se estableció el concepto de sitios de referencia (figura 3), que es un sitio inalterado donde no se produce erosión ni sedimentación, de modo que el inventario de Cs-137 representa la lluvia radiactiva original reducida solo por la desintegración radiactiva. El principio del método se basa en la comparación de los sitios estudiados (figura 4) y de referencia. Si el sitio estudiado contiene menos Cs-137 que el sitio de referencia, implica que el sitio estudiado está erosionado. Si su inventario de Cs-137 es mayor, se ve afectado por la sedimentación. Esta simple relación es interpretada por modelos para convertir los inventarios de Cs-137 diferenciados en tasas de erosión y sedimentación del suelo.
Figura 3. Distribución homogénea del Cs-137 caído en un área no afectado por la erosión del suelo (sitio de referencia). Fuente: FAO/IAEA. 2017.
La selección adecuada del sitio de referencia es crucial para una interpretación exitosa del método Cs-137. El muestreo de Cs-137 debe comenzar con un muestreo incremental de profundidad realizado para determinar la distribución en profundidad de la contaminación de Cs-137. Las siguientes muestras deben recolectarse siguiendo diseños de cuadrículas o transectos múltiples.
El análisis del contenido de Cs-137 en el suelo se realiza mediante una espectroscopía gamma (2). Después de la recolección de datos (inventarios de Cs-137 y tasas de erosión del suelo calculadas), sigue el procesamiento de datos y la interpretación de los datos.
Los datos obtenidos se pueden utilizar para diversos fines, como:
- caracterizar la erosión en una variedad de entornos o usos de la tierra;
- estimar el impacto de la ordenación territorial y la rotación de cultivos sobre la erosión del suelo y
- evaluar la eficiencia de determinadas medidas de conservación del suelo.
Los datos de erosión derivados del Cs-137 tienen un gran potencial como herramienta para la validación de modelos de erosión. El propósito principal de la evaluación de la erosión y la sedimentación con el método Cs-137 es proporcionar la información necesaria para la identificación de las áreas vulnerables y la selección de medidas de conservación, la que ayudará a la implementación de programas de conservación del suelo. Así el método Cs-137 contribuye indirectamente mantener la seguridad alimentaria.
Ventajas del método Cs-137
El Cs-137 es un excelente trazador para estudiar los procesos de erosión del suelo. Es el radionúclido de precipitación más maduro y utilizado para la evaluación de la erosión del suelo. Los datos obtenidos con el método Cs-137:
Representan tasas de redistribución del suelo a largo plazo. Normalmente, los datos a largo o mediano plazo sobre las magnitudes de la redistribución del suelo son difíciles de adquirir con métodos convencionales y son muy valiosos para estudiar el desarrollo del paisaje y el paisaje del suelo.
Representan una tasa global de redistribución del suelo que integra todos los procesos responsables del movimiento mecánico de las partículas del suelo (por ejemplo, agua, viento y erosión por labranza), eventualmente otros procesos, como los procesos de gravitación (arrastre, deslizamientos de tierra, etc.). Esta es una ventaja para los estudios centrados en la evaluación general del impacto de la erosión en el desarrollo del paisaje, ya que los datos sobre las tasas generales de erosión son muy escasos.
Proporcionan información retrospectiva. Es una característica única que las tasas de erosión pasadas se pueden estimar a partir de muestras recolectadas. En la actualidad no se pueden obtener datos retrospectivos mediante métodos convencionales. El método Cs-137 puede proporcionar datos en retrospectiva si el muestreo de Cs-137 se repite periódicamente en el tiempo.
Proporcionan información sobre la distribución espacial de las tasas de redistribución del suelo si el diseño de muestreo se basa en cuadrículas o transectos múltiples (Figura 5). Esta es una clara ventaja frente a los métodos convencionales (como las parcelas de erosión o el método hidrológico), que proporcionan datos atribuidos a uno o pocos perfiles con equipos de medición instalados.
Evitan la necesidad de programas de monitoreo a largo plazo costosos y laboriosos. El trabajo de campo requerido es fácil de gestionar. Los resultados se pueden obtener de una sola visita al sitio o de campañas de campo breves.
Figura 5. Cuadrícula de muestreo para la determinación de Cs-137 (izquierda) y el mapa resultante de la redistribución del suelo (derecha), sitio de Boyer, Canadá (Mabit et al., 2008). Fuente: FAO/IAEA. 2017.
Los datos generados por el Cs-137 pueden utilizarse además para ubicar las zonas vulnerables y evaluar la eficiencia de las medidas de conservación de suelos y para usar los datos como variable en el calculo de los servicios ecosistémicos.
Para saber más de este tema:
Información Adicional: Glosario
(1) Lixiviación: proceso de arrastre por el agua de lluvia de sustancias solubles de un suelo hacia capas más profundas del mismo.
(2) Espectrometría gamma: método analítico para la determinación de la radiación gamma emitida por radionúclido basado en la evaluación de sus espectros de energía.
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