DETERMINACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LA TASA DE EROSIÓN LAMINAR EN CAFETALES UBICADOS EN LA CUENCA DEL RÍO JESÚS MARÍA

Autor: Emanuel Molina Campos

PRESENTACIÓN

La cuenca del río Jesús María cuenta con valiosos recursos naturales para fortalecer las economías locales agropecuarias de esta región. Sin embargo, un porcentaje considerable de esta cuenca, posee terrenos con pendientes pronunciadas y alto riesgo de erosión, situación que se ha venido agravando en los últimos años. En el proceso erosivo de laderas, el horizonte fértil del suelo es removido gradualmente, perdiéndose nutrimentos del suelo y materia orgánica, además de que disminuye la profundidad efectiva para el crecimiento de las raíces (Barboza 2013). Para los agricultores de café, esto se traduce en rendimientos más bajos y en aumento de costos por compra de fertilizantes. Evidencia de esto han sido la formación de cárcavas en estos terrenos y la erosión en surcos de los cafetales, además de la acumulación de sedimentos en la parte baja de la cuenca. La erosión también tiene otras repercusiones aparte de la agrícola, según el La Sociedad Portuaria y Granelera de Caldera (Herrera 2013), en dos años se han acumulado en el muelle 550.000 m³ de sedimentos, lo que corresponden a una inversión de $ 25 000 para la contratación de una draga para la extracción de los mismos. Las prácticas y obras de conservación de suelo integradas con manejos de la plantación, son formas de mitigar este proceso erosivo. Sin embargo, la problemática que ha enfrentado la utilización de estas estrategias es la visión cortoplacista en cuanto a la obtención de resultados.

OBJETIVOS

Objetivo General

Cuantificar la tasa de erosión laminar en cinco áreas cafetaleras con distintas pendientes, manejos y prácticas de conservación de suelo ubicadas en la cuenca del río Jesús María por el método de microparcelas de erosión con el geotextil “Silt Fence” T2100 en un período de evaluación de 22 semanas.

Objetivos Específicos

 Cuantificar la tasa de erosión laminar en cinco áreas cafetaleras con distinta pendiente, manejo y prácticas de conservación de suelo, utilizando microparcelas de erosión que retengan sedimentos (geotextil “Silt Fence”).

 Clasificar taxonómicamente a nivel de Subgrupo las fincas donde se delimiten las áreas de muestreo a evaluar.

 Clasificar las cinco áreas de muestreo a evaluar con base en la metodología oficial en Costa Rica de clasificación de capacidad de uso de tierras.

MARCO TEÓRICO

La erosión es un proceso que está afectando muchas regiones del mundo, amenazando con la supervivencia de muchos pueblos. En Costa Rica, este tema es de gran consideración ya que la topografía general del país y el clima variable provoca un alto riesgo de erosión en zonas como Cartago, La Zona de los Santos y la vertiente Central del Pacífico. Según De Alba et al. (2011), en general, la erosión máxima tolerable no debe sobrepasar los 11,2 t/ha/año para un suelo profundo, donde en Costa Rica se ha encontrado que la tasa de erosión reportada es de 13,2 t/ha/año (Hartshorn et al. 1982). Así mismo, se encontró que un 24% del territorio de nacional presenta de ligera a moderada erosión, un 14% presenta erosión severa y un 3% se encuentra en condición no apta para la agricultura por esta misma razón (CADETI 2004).

Brady y Weil (2008) mencionan un valor T que se refiere al valor máximo de erosión anual que puede permitir un suelo sin que este pierda productividad, según estos autores este valor en los Estados Unidos es de 5-11 t/ha/año, el cual depende en gran medida de la profundidad del suelo, contenido de materia orgánica y uso de prácticas de control de escorrentía.

Estos valores T citados por De Alba et al. (2011) y Brady y Weil (2008) son muy similares a los encontrados por Jeffery et al. (1994) citado por Núñez (2001). Este último establece categorías de tasas de erosión para zonas tropicales, donde el valor de pérdida de suelo tolerable (Clase 1) es por debajo de 10 t/ha/año:

 Tolerable (Clase 1): Los índices de erosión abarcan valores de 0-10 t/ha/año.

 Moderada (Clase 2): Los valores erosivos se sitúan entre 10 y 50 t/ha/año.

 Severa (Clase 3): Los índices erosivos se encuentran en un ámbito de 51 y 200 t/ha año.

 Muy severa (Clase 4): Los valores erosivos exceden 200 t/ha/año.

La topografía irregular y las altas intensidades de lluvia que provocan más erosión en Costa Rica podrían hacer que estos valores de tolerancia (T) lleguen a disminuir, ya que en estas circunstancias es más propenso el suelo a perder productividad.

La cuenca del río Jesús María tiene un área de 375,5 km2 y se encuentra políticamente situada en las provincias de Alajuela y Puntarenas, abarcando los cantones de San Ramón, Esparza, Palmares, Atenas, San Mateo, Orotina y Garabito. Esta es una zona dedicada casi exclusivamente a la agricultura y la ganadería, con productos como melón, caña de azúcar, mango, caña india y café, dándose en esta cuenca una producción de aproximadamente 2350 toneladas métricas/año de este último cultivo (SEPSA 2012). La mayoría de la cuenca posee un declive relativamente plano, pero la zona noreste, donde están ubicados los cafetales en estudio, posee terrenos de ladera, a aproximadamente 1200 m.s.n.m. (Rojas 2011). En esta, existe una preocupación por parte de las autoridades extensionistas de la región del progresivo desgaste del suelo que se ha venido dando en estos cafetales. Condición que, entre muchos otros factores, es originada por el uso indebido de suelo, el clima y el manejo que se le ha dado a los cafetales sin utilización de sombra y con una nula o casi nula cobertura vegetal (Barboza 2013). Según CADETI (2004) el 30% de la vertiente del pacífico se encuentra de ligeramente a moderadamente erosionada y otro 30% extremadamente erosionada, así mismo Vásquez (1985), en un mapa publicado sobre la erosión en Costa Rica, muestra que esta cuenca posee zonas variables en donde se pierden de 10-200 t/ha/año. Por otro lado, parte de las cuencas del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) tienen una escasa cobertura boscosa (10-60%), lo que provoca un aumento en la pérdida de suelo y una acumulación de sedimentos en el embalse hidroeléctrico de estas (GFA Consulting Group S.A. 2009).

Parcelas de erosión y el geotextil “Silt Fence”

El geotextil “Silt Fence” es una herramienta comúnmente utilizada en la ingeniería civil para evitar la pérdida de suelo en sitios de construcción. Esta consiste en una barrera de polietileno tejido permeable que retrasa la velocidad de escorrentía y al mismo tiempo retiene las partículas de suelo. Robichaud y Brown (2002) mencionan que para medir erosión, es una metodología sencilla de aplicar y de fácil acceso, económica y superior en efectividad comparada con otras prácticas de conservación como barreras muertas. Sin embargo, advierten que no se debe utilizar en áreas donde el flujo de agua se concentre (erosión por surcos). Además mencionan los autores que sus principales limitaciones se dan cuando la instalación se realiza de forma errónea debida a que se complica su reinstalación, y requiere de constante mantenimiento.

La metodología con el geotextil de “Silt Fence”, es una modificación a las parcelas de escorrentía, donde la estructura de recolección es un compartimento hecho a base de este material a diferencia de las parcelas más antiguas que solían tener un estañón o cubetas de plástico para recolectar el sedimento. Además de la estructura de recolección, en el pasado, los bordes de las parcelas se delimitaban con tierra, paredes de ladrillo y láminas de madera o de zinc (Nuñez 2001 y Hudson 1997). Por esta razón Prado y Aguilar (2007) fomentaron la utilización de este material para la construcción de parcelas experimentales, ya que al garantizar una adecuada recolección de sedimento y dar un valor directo de peso de suelo perdido de la microparcela, resulta ser una forma útil, sencilla y económica para determinar ciertos procesos de erosivos.

Antecedentes

Debido a que las microparcelas de erosión con geotextil son una tecnología relativamente nueva en Costa Rica, se tienen pocos estudios de los mismos, la investigación que se ha realizado en este tema en el mayor de los casos ha sido mediante el uso de modelos de predicción. El Cuadro 1 resume los antecedentes más recientes en cuanto a la medición de las tasas de erosión con distintas metodologías.

ASPECTOS METODOLÓGICOS

Determinación de las áreas de muestreo

Las cinco áreas de muestreo a evaluar en las tres plantaciones de café (Coffea arabica) seleccionadas se ubicaron en el caserío de Llano Brenes del distrito de San Rafael en el cantón de San Ramón de Alajuela. Para determinar un área de muestreo se utilizaron los criterios de: condición agronómica, pendiente (%) y manejo de erosión

Clasificación Taxonómica y de Capacidad de Uso de Tierras de las áreas de muestreo

En cada una de las fincas donde se encontraban las áreas de muestreo se realizó una descripción del pedón modal del suelo por medio del libro de campo para la descripción y muestreo de suelos (Schoeneberger et al. 2002) y se clasificaron taxonomicamente a nivel de subgrupo (Soil Survey Staff 2010). Los análisis físicos y químicos de suelo se realizaron en el Centro de Investigaciones Agronómicas (CIA) de la Universidad de Costa Rica y en el Laboratorio de Suelos del Instituto Nacional de Innovación y Transferencia en Tecnología Agropecuaria (INTA), respectivamente. Así mismo, las cinco áreas de muestreo se clasificaron según su capacidad de uso de tierra mediante el manual de Metodología para la determinación de la capacidad de uso de las tierras en Costa Rica por Bolaños et al. (1991).

Dimensiones y delimitación de las microparcelas de erosión

El diseño de la microparcela de 21 m2 se muestra en la Figura 1, las cuales se instalaron siguiendo la metodología de Robichaud y Brown (2002) y modificado por Parado y Aguilar (2007) y Castillo (2012). Se colocaron tres repeticiones por área de muestreo para un total de 15 microparcelas de erosión. En la Figura 2 se observa una fotografía de una de las microparcelas.

 

 

Figura 1. Diagrama en de una microparcela de erosión. Los rombos representan estacas a las cuales está sujetado el geotextil por medio de grapas. La distancia entre estacas en el geotextil de recolección es de 80 cm, mientras que en el geotextil de protección están separadas por 1 m de distancia.

 

Periodo Experimental y tasa de erosión

Al final de cada semana, a partir del 19 de julio del 2013 y hasta el 13 de diciembre del mismo año, se procedió a visitar las 15 microparcelas, pesar el sedimento acumulado en el geotextil de recolección y tomar una muestra para determinar la humedad gravimétrica. Esta fue ingresada ese mismo día al Laboratorio de Recursos Naturales del Centro de Investigaciones Agronómicas de la Universidad de Costa Rica para determinar el peso seco del sedimento. Una vez concluido el período experimental, se calculó la tasa de erosión laminar semanal acumulada y total (t/ha).

Medición de precipitación

Se seleccionó la estación meteorológica Nagatac (N° 80005), manejada por el Centro de Servicios de Estudios Básicos de Ingeniería e Hidrología del Instituto Costarricense de Electricidad, ya que era la más cercana al sitio de estudio. Con ella se determinó la cantidad de lluvia acumulada semanal (mm) comprendida entre el 12 de julio hasta el 13 de diciembre del 2013.

RESULTADOS Y APORTES

Descripción de las áreas de muestreo

Todas las fincas donde se ubicaron las áreas de muestreo se clasificaron en el orden de los Entisoles, caracterizados por su baja profundidad, alta pedregosidad y desgaste. La finca Parte de Alta se clasificó en el subgrupo taxonómico de los Typic Ustothents, la finca Parte Media como un Lithic Ustorthents y la finca Parte Baja como Vitrandic Ustorthents. Todas las áreas de muestreo se clasificaron como tierras clase VII. Según el Ministerio de Agricultura y Ganadería de Costa Rica (Bolaños et. al 1991) esta clase posee grandes limitaciones para la producción agropecuaria y sólo pueden utilizarse para el manejo forestal en forma de cobertura boscosa. Dentro de las limitaciones más evidentes que poseen estas tierras están las altas pendientes, la erosión severa, la baja profundidad del suelo, la alta pedregosidad y la baja fertilidad.

Cuantificación de erosión laminar por medio del geotextil “Silt Fence” T2100

El sedigrama e hidrograma en la Figura 3 muestra que la máxima tasa de erosión laminar semanal fue de 2,3 t/ha en el área de muestreo CMS-60+A, en la transición agosto-setiembre, periodo que también coincide con el máxima precipitación (342 mm). Así mismo, se puede observar que en las demás áreas de muestreo, los picos de erosión coincidieron con los picos de precipitación. De esta forma, se explica como la precipitación es la variable más ligada a la tasa de erosión hídrica.

Figura

Otra de las variables que más afecta la erosión hídrica laminar es la magnitud de la pendiente, donde se observa en la Figura 4, que las áreas de muestreo que presentan mayor erosión son las que poseen 60% de pendiente, independientemente de la sombra y las obras de conservación. Por otro lado, la Figura 4 también expone una diferencia en las tasas de erosión entre las fincas que poseen gavetas de recolección y las que no. En las primeras, como las áreas de muestreo CSS-30+AG, CSS-60+AG y CLS-30+AG, las tasas de erosión no superan una t/ha, esto se debe en gran parte a que las obras de conservación disminuyen la velocidad de escorrentía provocando un menor arrastre de sedimento y por lo tanto una menor erosión laminar.

La Figura 5 muestra cómo las obras de conservación en esta área de muestreo colapsaron de tal forma que el agua de escorrentía sobrepasó el nivel de la acequia de ladera, lo que lleva a considerar un rediseño de estas obras, mediante el aumento de su cauce e incluyendo gavetas de recolección y barreras de vivas.

Figura 5. Fotografía de la acequia de ladera colapsada en el área de muestreo CMS-60+A, tomada en setiembre del 2013.

La mayor tasa total de erosión laminar es de 7 t/ha (Figura 4), y al no superar las 10 t/ha/año se clasificó como tolerable según la clasificación de Jeffery et al. (1994) citado por Núñez (2001). Teóricamente estos valores T máximo pueden disminuir si se calibran para zonas donde la erosión tiende a ser mayor, como el trópico. Brady y Weil (2008) mencionan que para suelos infértiles, impermeables y rocosos, estos valores T deben de ser menores (5 t/ha/año o menos dependiendo del nivel de degradación), ya que naturalmente son suelos degradados en donde un

 

Área de muestreo

leve proceso erosivo puede ser catastrófico para la productividad del suelo y es difícilmente recuperado con una enmienda química. Además de este desgaste en productividad, los suelos que gradualmente se erosionan, pierden poco a poco el horizonte A, dejando expuesto el horizonte C o la roca, que son horizontes más impermeables y favorecen la escorrentía y el escaso almacenaje de agua (Ramírez 2009). Cuando un suelo pierde esta facultad, el acceso al agua por parte de la vegetación puede limitarse, si esta no crece, provoca un efecto de bola de nieve donde al suelo al estar desnudo e impermeable, sigue favoreciendo la escorrentía y la carencia de vegetación, proceso que podría desertificar la zona.

La figura 5 muestra una mayor tasa de erosión en el área de muestro con mayor concurrencia de sombra (CMS-60+A), comparada con el área continua (CLS-60+A), la cual fue un área con menor concurrencia de sombra. Brady y Weil (2008) mencionan que en las condiciones de bosque, es la cobertura rastrera la que protege al suelo de la erosión y no el dosel de los árboles o las raíces de los mismos. Árboles con doseles muy elevados incrementan la velocidad terminal de la gota y si estas poseen mucha masa pueden llegar a golpear el suelo con mayor energía que inclusive las lluvias más intensas. Esto contrasta con lo mencionado por Ramírez (2009), quien da importancia especial a los sistemas de caficultura forestal, los cuales amarran el suelo por medio de sus grandes raíces pivotantes de los regulando los drenajes internos y previniendo derrumbes y deslizamientos.

CONCLUSIONES

 La actividad cafetalera en la parte alta de la cuenca no es la única responsable de la erosión en la zona pero no contribuye a mitigar el desgaste de la misma.

 Según la metodología oficial para la clasificación de tierras en Costa Rica, estas no son aptas para la actividad cafetalera y solo lo son para actividades de reforestación.

 Las variables que más incrementaron el proceso de erosión laminar fueron: la precipitación, la alta magnitud de pendiente y el diseño de obras de conservación insuficientes para contrarrestar la velocidad de escorrentía.

 La erosión hídrica laminar en todas las áreas de muestreo se clasificó como tolerable-moderada.

RECOMENDACIONES

 Se recomienda tanto al señor José Joaquín Jiménez Alfaro como al señor Omar Pérez Rodríguez implementar módulos de “bancos de barreras vivas” con especies como vetiver (Andropogon muricatus o Vetiveria zizanoides), zacate limón (Andropogon citratus), itabo (Yucca elephantipes), pasto King Grass (Pennisetum purpureum), caña de azúcar (Saccharum oficinarum), Dracaena spp. u otras plantas perennes de crecimiento lento y con raíz fibrosa. Establecerlas en las áreas de alta pendiente (60%), sembradas al tres bolillo (doble fila), separadas entre plantas por 15 cm y entre filas 20-30 cm, preferiblemente en los inicios de la época lluviosa (abril o mayo), a 20 o 30 cm por encima de la acequia de ladera y a 15 cm de profundidad.

 Se recomienda tanto al señor José Joaquín Jiménez Alfaro como al señor Omar Pérez Rodríguez una racionalización de la aplicación de herbicidas en los meses más erosivos del año, aproximadamente desde principios del mes de agosto hasta mediados del mes de octubre.

 Se recomienda al señor Omar Pérez Rodríguez rediseñar sus obras de conservación, aumentando la profundidad de las acequias de ladera, procurando que esta tenga cobertura vegetal como pasto, canutillo o kudzú tropical (Pueraria phaseoloides), una gradiente de 0,2-0.8% y cada 100 metros una gaveta de recolección colocada al final de la acequia.

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