CONTAMINACIÓN DEL SUELO POR SALES Y SU REMEDIACIÓN INTRODUCCION Uno de los problemas clásicos de degradación de la tierra que ha tenido que enfrentar el hombre, ha sido el de controlar, prevenir o mejorar los suelos afectados por la salinidad. La sal en química y en la ciencia de los suelos, no significa NaCl sino más bien son los compuestos iónicos conformados de cationes y aniones. Los principales constituyentes catiónicos de las sales solubles en los suelos salinos son el sodio, calcio y magnesio, y los aniónicos más significativos son el: sulfato, cloruro y bicarbonato. La salinidad es la consecuencia de la presencia en el suelo de sales más solubles que el yeso. Por sus propias características se encuentran tanto en la fase sólida como en la fase líquida, por lo que tienen una extraordinaria movilidad. La salinidad de los suelos, en algunas de sus manifestaciones, ha sido la causante de la reducción en la capacidad productiva de los suelos de muchas regiones en el mundo. Estudios de las naciones unidas indican que debido a la salinización (proceso de acumulación de sales en suelos con predominio del Ca y Mg) existe hoy 1.5 veces más tierras improductivas ya que la forma de riego no es la correcta. La salinidad es un fenómeno asociado a condiciones climáticas de aridez y semiáridez en donde la evapotranspiración excede a la precipitación y es necesario recurrir a la irrigación para satisfacer las necesidades de agua de los cultivos. También se puede desarrollar en regiones húmedas bajo condiciones de alta demanda evaporativa, nivel freático superficial y actividad humana. Un estudio reciente indica que cerca de las 2 /3 partes de todos los terrenos de riego del mundo (aproximadamente 70 millones de hectáreas) presentan problemas de salinidad. 1. ¿QUÉ ES UN SUELO CONTAMINADO POR SALES? CONTAMINACIÓNLa contaminación, desde un punto de vista medioambiental, es la alteración de las características físicas, químicas o biológicas de los factores medioambientales en grado tal que supongan un riesgo inaceptable para la salud humana o los ecosistemas. todo aquel aquel cuyas cuyas caract caracterí erísti sticas cas físicas físicas,, químic químicas as o biológ biológicas icas han sido sido altera alteradas das SUELO CONTAMINADO CONTAMINADO todo negativamente por la presencia de componentes de carácter peligroso de origen humano, en concentración tal que comporte un riesgo para la salud humana o el medio ambiente, de acuerdo con los estándares que se determinen. Por lo tanto tanto será será necesa necesario rio conoce conocerr cuáles cuáles serán serán los estánd estándare aress de contam contamina inació ción n del suelo suelo para para declar declarar, ar, legalmente, un suelo como contaminado. SUELOS CONTAMINADOSPORSALES son aquéllos que contienen una elevada concentración de sales solubles (suelos salinos) y/o sodio intercambiable en las arcillas (suelos alcalinos o sódicos). Los suelos afectados por sales son comunes en regiones semiáridas y áridas donde la precipitación anual es insuficiente para satisfacer las necesidades de evapotranspiración de los vegetales. Como resultado las sales del suelo no se disuelven, en lugar de eso, se acumulan en cantidades que son perjudiciales para el crecimiento de los vegetales. 2. SALINIZACION La salinización de los suelos es el proceso de acumulación en el suelo de sales salessolubles solubles en agua agua.Las .Las sales presentes en suelos salinos, son el cloruro sódico (NaCl), el cloruro magnésico (MgCl 2), el sulfato magnésico (MgSO 4) y sulfato sódico (Na2SO4). Entre estas sales, las tres primeras son las predominantes en el agua del mar, y la cuarta puede aparecer como resultado de las anteriores. Se distinguen dos situaciones, con morfologías, propiedades, génesis y u sos de los suelos muy diferentes, según que el catión predominante en el complejo de cambio sea el Na + o el Ca++. Si el catión predominante es el Ca ++, las sales solubles son muy abundantes en el suelo. El perfil se encuentra muy poco diferenciado, pero su estructura tiende a ser estable, como resultado de la acción floculante del Ca ++. La alta presión osmótica de la solución del suelo es la responsable de la baja productividad. A estos suelos se les denomina suelos salinos (o suelos halomorfos). El suelo representativo es el solonchak solonchak.. Cuando es el Na+ el catión dominante se produce la dispersión de las arcillas, lo que lleva a una destrucción de la estructura. Por otra parte, la hidrólisis de las arcillas sódicas conduce a la alcalinización del perfil, y esta provoca intensa alteración mineral. El perfil queda bien diferenciado desde el punto de vista morfológico. A estos suelos se les llama suelos sódicos (en ocasiones alcalinos) y su clase representativa es el solonetz solonetz.. Por otra parte cuando existe un alto contenido en sales y estas son sódicas, el sodio predomina en el complejo de cambio y los suelos son salino-sódicos salino-sódicos.. 3. ORIGEN DE LA SALINIDAD DEL SUELO Las sales presentes en el suelo pueden presentar orígenes muy diversos, podemos diferenciar dos importantes grupos: sales de origen natural y sales de origen inducido o producidos por el hombre. Los suelos salinos se caracterizan por presentar niveles tóxicos de cloruro de sodio y sulfato de sodio. Los valores de conductividad eléctrica en extractos saturados de suelo salino oscilan alrededor de 4.0 dS/m 3.1. Origen naturalEl análisis de la salinidad natural nos ayudará a comprender el proceso de salinización y a evitar repetir el comportamiento de la naturaleza, sobre todo en zonas especialmente sensibles. Además nos permitirá la recuperación de los suelos salitrosos ya existentes, pues el tratamiento a efectuar estará en relación con el origen de las sales en cada caso.
Un buen conocimiento de los efectos generados por nuestras acciones siempre resulta indispensable para evitar la degradación del medio afectado por ellas, por este motivo es necesario analizar en detalle como inducimos la salinización del suelo para procurar evitar el empleo de técnicas que lo favorezcan. Usualmente las sales de los suelos naturales proceden del material original aunque en su acumulación excesiva participen otros mecanismos que, en la mayor parte de las veces, están relacionados con el transporte de sustancias lo que equivale a decir con los movimientos del agua. Las sales pueden proceder de algunas rocas fundamentalmente de tipo sedimentarias que contienen sales como minerales constituyentes; también pueden llegar a originarse estas sales por alteración de los minerales que conforman la roca madre. En las zonas costeras, los fenómenos naturales como los huracanes también pueden introducir a la tierra una considerable cantidad de sales provenientes del mar. Por otra parte las sales disueltas en el agua pueden formar acumulaciones salinas por evaporación, siendo esta una de las principales causas de la salinidad. El viento proveniente de regiones áridas también puede contribuir al proceso de salinización, arrastrando gran cantidad de sales, principalmente carbonatos, sulfatos y cloruros que se encuentran en suspensión. Los suelos no muy profundos pueden además tomar una parte de las sales del manto freático, que ascienden por capilaridad. Otra vía por la cual puede incrementarse los niveles de sales en el suelo, constituye la descomposición de residuos de plantas a partir de sus tejidos, otras veces las plantas contribuyen a la descomposición de minerales relativamente insolubles y a partir de ellos se forman sales. Sin embargo, el aporte en sales por esta vía carece de importancia de manera global, al comparar la salinidad de los suelos con o sin vegetación. 3.2. Contaminación por el hombreLas actividades que pueden generar una salinización del suelo son fundamentalmente las agrícolas/frutícolas, si bien existen algunas actividades industriales que pueden contribuir de forma indirecta a la misma. Entre las actividades agrícolas/frutícolas debemos distinguir las relacionadas con e l cultivo y las modificaciones del terreno que se realizan para introducir cambios en el tipo de explotación, sobre todo las relacionadas con las transformaciones en regadío de zonas de secano. El hombre también ha contribuido a este proceso por diversos motivos: La actividad agraria y en especial el riego, cuando no se ha tenido el suficiente control de las agua con determinado contenido de sales. La pérdida de la productividad de las tierras trae consigo problemas de salinidad. La movilización de tierras que pueden traer la aparición de rocas salinas en la superficie del terreno. El empleo excesivo de fertilizantes en zonas de actividad agrícola muy intensa. Las regiones cercanas a las zonas industriales pueden sufrir el proceso de salificación. Los factores de origen humano que más inciden son el uso de la tierra, los sistemas de explotación, la ordenación territorial y la degradación de las tierras. Los métodos inapropiados de riego (como el empleo de agua salina para el riego) y el drenaje insuficiente provocan salinización. En las zonas costeras, la salinización puede ir asociada a la sobreexplotación de los acuíferos que se deriva de la demanda cada vez mayor de agua por efecto de la urbanización, la industrialización y la agricultura. La extracción excesiva de aguas subterráneas puede hacer bajar el nivel normal de los acuíferos y favorecer la infiltración de agua de mar. 4. PROCESO DE SALINIZACIÓN Al disminuir las lluvias, en los sectores planos y deprimidos, los suelos se van secando por infiltración y evaporación. Es entonces cuando comienza a generarse el proceso de salinización quedando interrumpido el ciclo productivo en amplias superficies de la región. En este proceso, se pueden reconocer tres fases: La primera de ellas se relaciona con el ascenso de la solución salina por capilaridad. La evapotranspiración se incrementa con el aumento de las temperaturas y vientos de primavera, actuando como una verdadera bomba que succiona en forma ascendente a la solución salina, a través del espacio poroso del suelo (Figura 4). La segunda fase consiste en la concentración salina en el horizonte superficial en función de los factores mencionados anteriormente (Figura 5).La tercera fase del proceso de salinización es la formación de la costra salina en superficie, que es particularmente visible en épocas calurosas, ventosas y secas (Figura 6). Estas eflorescencias y costras salinas expresan el grado más intenso de salinización y en estos suelos, se superan los 20 ds.m -1 de conductividad eléctrica. •
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5. ESTADO DE LAS SALES EN EL SUELO Las sales pueden encontrarse en varios estados en el suelo: 1. Precipitadas 2. En solución 3. Retenidas en el complejo de Cambio (Adsorbidas) El equilibrio entre estos tres estados es muy variable y depende de diversos factores como: 4. Factores externos determinaran si el grado de sales precipitadas es mayor que el de sales disueltas, o viceversa. 5. Durante el periodo seco disminuye el número de sales en solución del suelo. 6. Sin embargo, durante el periodo húmedo, aumenta el número de sales precipitadas en forma de cristales o adsorbidas. Las sales más frecuentemente encontradas son: CLORUROS:NaCl, CaCl2, MgCl2, KCl SULFATOS: MgSO4, Na2SO4, NITRATOS: NaNO3, KNO3 CARBONATOS: Na2 CO3 BICARBONATOS: NaCO3H Los cloruros junto con los sulfatos son las principales sales formadas en este proceso. El calcio, el magnesio y el sodio son los cationes que mayoritariamente se unen a los cloruros y a los sulfatos para formar las sales, con menor frecuencia se encuentra el potasio y los bicarbonatos, carbonatos y nitratos. 5.1. Solubilidad de la sales Se trata de una propiedad muy importante, pues además de afectar a la movilidad y precipitación, va a regular su máxima concentración en la solución del suelo, y cuanto mayor sea esta, más importante va a ser su efecto perjudicial para los cultivos. Las sales más tóxicas son, pues, las que presentan elevadas solubilidades, que darán soluciones muy concentradas. Por el contrario las sales con baja solubilidad no representaran ningún problema grave ya que precipitaran antes de alcanzar niveles perjudiciales. Como puede verse en la siguiente tabla, los cloruros y nitratos son los más solubles, después los bicarbonatos junto a los sulfatos, siendo en general los menos solubles los carbonatos. Por tanto serán estos últimos los primeros en precipitar, seguidos del sulfato cálcico y no serán considerados dentro del concepto de sales solubles, concepto que se refiere a sales muy solubles, concretamente empiezan a partir del carbonato sódico En general, la solubilidad de la sales aumenta con la temperatura. En soluciones complejas, la presencia de sales con iones comunes disminuye la solubilidad de estas sales. Por el contrario, cuando los iones son diferentes se suele aumentar la solubilidad de la sal menos soluble. En la siguiente tabla 2 se reproduce la frecuencia, grados de solubilidad y los efectos tóxicos particulares estas sales. Cloruros El cloruro sódico es la sal más frecuente en los suelos salinos, junto con los sulfatos sódico y magnésico, y suele formar parte de las eflorescencias blancas que aparecen en la superficie del suelo durante la estación seca. Su toxicidad es alta. El cloruro magnésico se acumula en suelos que tienen una salinidad extremadamente alta. Es una sal de toxicidad muy elevada y se puede formar en suelos con alto contenido en NaCl, en los que el Na+ se intercambia con el Mg 2+ adsorbido en las posiciones de intercambio: Partícula adsorbente-Mg + NaCl ----> Partícula adsorbente-Na + MgCl 2 Es una sal muy higroscópica, pudiendo absorber humedad del aire. Sus eflorescencias tienen un sabor amargo. El cloruro cálcico, si bien su solubilidad es muy alta, es una sal muy poco frecuente en suelos debido a la mayor estabilidad de otras sales cálcicas, como los sulfatos o los carbonatos: CaCl2 + Na2SO4 + 2H2O ----------> 2NaCl (halita)+ CaSO 4. 2H2O (yeso) CaCl2 + Na2CO3 ----------> 2NaCl (halita) + CaCO 3 (calcita) Tanto el yeso como el carbonato cálcico precipitan y la reacción progresa hacia la derecha. El cloruro potásico presenta unas propiedades análogas a las del NaCl, aunque es poco frecuente en los suelos debido a que el K se inmoviliza en el suelo, bien en las estructura de las arcillas de tipo ilita o bien en la biomasa debido a su carácter de macronutriente. Sulfatos El sulfato sódico es frecuente en los suelos salinos. Sus eflorescencias tienen un sabor jabonoso-salado. Su solubilidad se ve afectada fuertemente por la temperatura, lo que hace que tienda a concentrarse en la superficie del suelo, ya que durante el período cálido asciende a la superficie del suelo formando parte de las eflorescencias (rasgo muy típico de los suelos salinos) y durante el período húmedo, que en nuestro clima coincide con el frío, se lava menos que las otras sales. Mucho menos tóxica que el sulfato magnésico. El sulfato magnésico es una sal frecuente en los suelos salinos, muy soluble y altamente tóxica.El sulfato potásico, es escaso, en general, en los suelos salinos, por lo que no suele ser responsable de salinizaciones en condiciones naturales, aunque puede crear problemas cuando se hace un mal uso de los abonos, generalmente en invernaderos. Junto con el KCl son las sales menos tóxicas.
Carbonatos y bicarbonatos Los carbonatos y bicarbonatos sódicos presentan una solubilidad elevada, aunque dependiendo de la temperatura. Su presencia en suelos en cantidades relativamente elevadas implica condiciones de alcalinidad (pH > 9) debido a la formación de OH- : Na2CO3 + H2O ----------> 2Na+ + HCO 3- + OHHCO3- + H2O ---------> H 2CO3 + OHLa presencia de otras sales solubles en la solución del suelo limita la formación del carbonato y bicarbonato sódico, por lo que estas sales suelen ser abundantes cuando la salinidad total es baja, ya que se pueden producir reacciones como: Na2CO3 + CaSO4 -------> CaCO 3 + Na2SO4 Na2CO3 + MgSO4 -------> MgCO 3 + Na2SO4 En las que el CaCO3 y el MgCO3 son poco solubles y precipitan, con lo que las reacciones se desplazan hacia la derecha. En presencia de NaCl, la solubilidad del carbonato y bicarbonato sódico disminuye igualmente por efecto del ión común. La fuerte alcalinidad que originan crea condiciones poco aptas para el crecimiento de los cultivos, pudiéndose presentar efectos desfavorables a concentraciones bajas (0,05-0,1 %). El bicarbonato sódico es menos alcalino que el carbonato, debido a que el ácido carbónico neutraliza en parte el efecto alcalino. Su solubilidad es también menor que la del carbonato. Nitratos El nitrato sódico es una sal muy soluble y tóxica, aunque, en general, muy poco frecuente y rara vez supera el 0,05 %. Se han citado en cantidades elevadas en desiertos muy áridos de Chile, Perú, India, Arabia. Otras sales no solubles frecuentes en los suelos salinos Carbonato cálcico y carbonato magnésico El carbonato cálcico, al ser de muy baja solubi lidad, no tienen efectos perjudiciales para las plantas. Es un compuesto muy abundante en suelos. El carbonato magnésico es mucho más soluble que el cálcico, sin embargo es muy rara su presencia en los suelos. Sulfato cálcico El yeso (CaSO4.2H2O) es una sal que por su baja solubilidad tampoco es perjudicial para las plantas. Junto con los carbonatos, es un mineral muy frecuente en lo s suelos salinos). En los suelos salinos predominan los cloruros y sulfatos de Ca y Mg, y en menor medida de Na, mientras que el los sódicos son los carbonatos y bicarbonatos sódicos los que predominan. La solubilidad de las sales, y por tanto su estado y movilidad, está muy influenciada por la temperatura (aunque unas mucho más que otras). Por ello presentan un comportamiento muy dinámico, presentando importantes variaciones estacionales (unas determinadas sales se encontrarán precipitadas en invierno y solubles y móviles en el verano; además la composición de la disolución del suelo será distinta en la estación fría de la de la estación cálida). 5.2. MineralogíaLas formas mineralógicas en las que se acumulan estas sales en los suelos son muy variables, ya que dependen de la temperatura y de la humedad. Existe una gran variedad de especies minerales que se diferencian en el grado de hidratación de su molécula, así como por la posibilidad de que se formen sales mixtas en las que intervienen más de un catión. Durante un ciclo de humectación y secado, muy común en los suelos salinos, pueden cambiar las especies cristalinas aunque no se modifique la composición iónica global. Así, el Na 2SO4 se puede presentar en forma de tenardita (deshidratado), mirabilita (con 10 moléculas de H 2O) o bloedita (sal mixta). Una revisión bibliográfica nos proporcionaría de 30 a 40 minerales para estos suelos, pero en general los estudios han estado dirigidos a cuantificar el contenido en sales y sus efectos en el suelo y en las plantas y se ha investigado poco en la identificación de las especies mineralógicas presentes. 6. CONDICIONES PARA LA FORMACIÓN DE SUELOS SALINOS disueltas en mayor o menor proporción y en las regiones áridas estas sales ascienden a través del suelo por 6.1. capilaridad. En general, la existencia de mantos freáticos superficiales ocurre en las depresiones y tierras bajas, y de aquí la relación entre la salinidad y la topografía. Eliminación de las sales impedida 6.2. La segunda condición que se debe cumplir para la formación de un suelo salino es que la posible eliminación de las sales se encuentre fuertemente impedida. Esto se produce por la acción del drenaje y del clima.Es necesario que el agua circule lentamente, para que impregne el suelo, disuelva las sales y estas se distribuyan en el perfil sin que puedan eliminarse grandes cantidades de ellas. Ello se origina en suelos con malas condiciones de drenaje. Por otra parte, el clima ejerce una acción también fundamental en la formación de estos suelos, hasta el punto de que en un principio se pensó que el clima árido era indispensable. Y de hecho la mayoría de los suelos salinos se encuentran desarrollados bajo climas mas o menos áridos, pero al haberse encontrado suelos salinos formándose bajo otros tipos de climas hoy se acepta que los climas áridos favorecen enormemente la formación de estos suelos y su conservación, pero no es un requisito excluyente. Bajo este clima, los breves periodos húmedos provocan la disolución de las sales, y con ello su movilización, mientras que con las intensas y largas sequías se originan fuertes evaporaciones, que producen la ascensión de los mantos freáticos y al intensificarse la evaporación concentran las sales de la solución del suelo, que precipitan acumulándose en determinados horizontes del perfil.
Bajo climas húmedos, las sales solubles en un principio presentes en los materiales del suelo, son lavadas y transportadas a horizontes inferiores, hacia los acuíferos subterráneos y finalmente llevadas a los océanos. Por consiguiente, normalmente no existen problemas de salinidad en regiones húmedas excepto en los casos de contaminación agrícola e industrial o en zonas expuestas a la influencia del mar, como sucede con los deltas o marismas Es decir que, resumiendo, para que se puedan formar estos suelos se necesitan una serie de condiciones muy particulares y de ellas las más favorables son: Roca madre sedimentaria con alto contenido en sales solubles. Partes bajas del relieve, como los fondos de valle y las depresiones (manto freático cercano a la superficie, zonas de recepción de aguas de escorretía superficial e hipodérmica, suelos de texturas finas con mal drenaje).
Zonas próximas al mar o a lagos salados.
Malas condiciones de drenaje.
Clima árido (además de escasez de precipitaciones, la red fluvial esta poco desarrollada, presentándose frecuentes cuencas endorreicas, en las que se irán acumulando las sales).
Riegos con sales y fertilizaciones excesivas.
7. CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS AFECTADOS POR SALES Los suelos afectados por sales pueden ser caracterizados como salinos, salino sódico y sódicos, y para ello se emplea la medición de tres parámetros: conductividad eléctrica del extracto de saturación, porcentaje de sodio intercambiable y pH. 7.1. Suelo Salino Con conductividad eléctrica mayor a 4 mmhos/cm a 25 °C con un PSI menor de 15 y generalmente pH menor de 8.5. Se reconocen por la presencia de costras blancas de sal en su superficie, llamadas “álcali blanco o solonchacks”. El tipo y cantidad de sales es muy variable. Los cloruros y sulfatos son los principales aniones solubles, el contenido de bicarbonatos supera la suma de Ca + Mg pero las relaciones de adsorción de sodio no son elevadas. Puede estar presentes sales de baja solubilidad cono el sulfato de calcio (yeso) y carbonatos de calcio y magnesio (caliza). La cantidad de sales solubles controlan la presión osmótica de la solución del suelo y si es alta perjudica el crecimiento vegetal. Los suelos salinos casi siempre están floculados por el exceso de sales y la falta de alto sodio intercambiable. En consecuencia, la permeabilidad es igual o mayor a la de suelos similares no salinos. El mejoramiento del suelo salino se logra mediante el simple lavado, siempre que se cuente con drenaje adecuado. Alta concentración de sales solubles. Buena estructura. Buena permeabilidad. 7.2. Suelo Salino-Sódico Este tipo de suelo se forma como resultado de los procesos combinados de salinización y acumulación de sodio. Su conductividad eléctrica mayor a 4 mmhos/cm a 25 °C con un PSI mayor de 15. El pH rara vez es mayor de 8.5 cuando hay exceso de sales y el suelo está floculado. Baja concentración de sales solubles. El lavado elimina sales solubles, provoca elección del pH, deflocula el suelo, y se vuelve desfavorable para la entrada de agua y las labores de labranza. El retorno de sales solubles baja el pH y flocula de nuevo el suelo.Tiene que eliminarse el exceso de sales y sodio intercambiable para mejorar las condiciones físicas del suelo. La incorporación de yeso y lavado pueden mejorar este tipo de suelos. Si el suelo contiene yeso, solo es necesario el lavado y luego el drenaje. Alta concentración de sales solubles. Estructura algo dispersa. Permeabilidad algo afectada. Aireación a lgo afectada. 7.3. Suelo Sódico La conductividad eléctrica del extracto de saturación es menor a 4 mmhos/cm a 25 °C con un PSI mayor de 15 y el pH varía entre 8.5 a 10. Se les llama “álcali negro o solonetz”. La materia orgánica se dispersa y disuelta se deposita en la superficie debido a la evaporación provocando un obscurecimiento. El sodio dispersa las arcillas que se transportan hacia el subsuelo donde se acumulan, se compactan y provocan baja permeabilidad. Aquí si hay carbonatos junto con cloruros, sulfatos y bicarbonatos. El sodio es mucho mayor que el Ca + Mg. Su mejoramiento implica el uso de mejoradores químicos como el yeso agrícola o el ácido sulfúrico según haya ausencia o no de carbonatos de calcio y magnesio en el suelo. Mala estructura. Reducción de la permeabilidad. Reducción de la aireación.Formación de costra. 8. MEDIDA DE LA SALINIDAD / SODICIDAD La dinámica de las sales solubles en el tiempo y en el espacio, es relativamente rápida; de ahí que, tanto en estudios de salinización como en aquellos otros de lavado y recuperación de suelos salinos, sea necesaria una monitorización a intervalos cortos y la recogida de un gran número de muestras. Si a esto le unimos que el análisis de las sales solubles, especialmente los aniones, es un proceso largo y no exento de dificultades, se comprende que, ya desde
antiguo, la salinidad se intentase estimar de manera indirecta a partir de determinados parámetros de las soluciones salinas, cuya medida fuese relativamente fácil y rápida. 8.1. Medida de la salinidad: conductividad eléctrica (CEs) La conductividad eléctrica ha sido el parámetro más extendido y el más ampliamente utilizado en la estimación de la salinidad. Se basa en la velocidad con que la corriente eléctrica atraviesa una solución salina, la cual es proporcional a la concentración de sales en solución. Sde mide a 25ºC en un conductivímetro y las medidas se expresaban hasta hace unos años se expresaba en mmhos/cm, hoy dia las medidas se expresan en dS/m (dS=deciSiemens), siendo ambas medidas equivalentes (1 mmhos/cm = 1 dS/m). Por tanto la CEs refleja la concentración de sales solubles en la disolución. Para distinguir suelos salinos de no salinos, se han sugerido varios límites arbitrarios de salinidad. Se acepta que las plantas empiezan a ser afectadas de manera adversa cuando el contenido en sales excede del 1%. La clasificación americana de suelos, SoilTaxonomy, adopta el valor de 2 dS/m como límite para el carácter salino a nivel de gran grupo y subgrupo, pues considera que a partir de ese valor las propiedades morfológicas y fisicoquímicas del perfil (y por tanto la génesis) quedan fuertemente influenciadas por el carácter salino. Mientras que el laboratorio de salinidad de los EE.UU. ha establecido el límite de 4 dS/m para que la salinidad comience a ser tóxica para las plantas (punto de vista, pues, aplicado). En base a la CEs el UnitedStatesSalinityLaboratory de Riverside establece los siguientes grados de salinidad. 0 - 2 Suelos normales 2 - 4 Quedan afectados los rendimientos de los cultivos muy sensibles. Suelos ligeramente salinos. 4 - 8 Quedan afectados los rendimientos de la mayoría de los cultivos. Suelos salinos. 8 - 16 Sólo se obtienen rendimientos aceptables en los cultivos tolerantes. Suelos fuertemente salinos. 16 Muy pocos cultivos dan rendimientos aceptables. Suelos extremadamente salinos En lo referente a las aguas en la siguiente Tabla 4 se resumen sus valores normales en diferentes ambientes. La CE de un suelo (CEs) cambia con el contenido en humedad, así disminuye en capacidad máxima (se diluye la solución) y aumenta en el pundo de marchitamiento (se concentran las sales). Se ha adoptado que la medida de la CEs se debe hacer sobre el extracto de saturación a 25°C. A una muestra de suelo se le añade agua destilada a 25°C hasta conseguir la saturación y se extrae el agua de la pasta mediante succión a través de un filtro. La salinidad de un suelo se mide de esta de manera indirecta mediante un conductivímetro, por la relación que hay entre la concentración en sales de una solución y su facilidad para transmitir la corriente eléctrica (la manera más directa sería extraer la disolución de los poros del suelo, evaporarla en estufa a 110ºC y pesar el residuo; pero no se opera así porque la extracción de la disolución de los poros es muy compleja). 8.2. Medida de la sodicidad: PSI y RAS La concentración en Na se puede medir bien en la disolución del suelo o bien en el complejo de cambio. En el primer caso se denomina razón de adsorción de sodio (RAS) y en el segundo hablamos del porcentaje de sodio intercambiable (PSI). En los suelos es muy importante determinar qué tipo de cationes predominan en el complejo adsorbente (si es el Ca ++ o por el contrario el Na +). El porcentaje de Na + respecto a los demás cationes adsorbidos se denomina porcentaje de sodio intercambiable (PSI).PSI = 100 x Na / CIC Siendo CIC la capacidad de intercambio de cationes (en ocasiones llamada capacidad de cambio de cationes y representada por CCC). Se considera que un suelo puede empezar a sufrir problemas de sodificación y dispersión de la arcilla cuando el PSI > 15%. Otra manera de determinar la sodicidad de un suelo es evaluar la concentración de Na+ en la solución del suelo en vez de medir su concentración en el complejo adsorbente como hace el PSI. Para estimar así el grado de sodificación, Richards et al., (1954) proponen la razón de adsorción de sodio (RAS), calculada a partir de las concentraciones de Na+, Ca2+ y Mg2+ en mmol / dm3 de las soluciones salinas: RAS = concentrac. deNa+, dividido por la raíz cuadrada de la semisuma de las concentraciones de Ca ++ y Mg++ A partir del RAS se puede calcular el porcentaje de sodio intercambiable (PSI): PSI =100 (-0,0126 + 0,01475 RAS), dividido por 1 + (-0,0126 + 0,01475 RAS) Se puede relacionar, así mismo, la presión osmótica OP con la conductividad eléctrica del extracto ECs, mediante la siguiente ecuación:OP = 0,36 x ECs (mmhos/cm) De esta forma se evalúan los suelos sódicos, cuando la CEs es menor de 4 dS/m a 25°C y el PSI es mayor de 15%, siendo los suelos salinos-sódicos aquellos que tienen un a CEs mayor de 4 dS/m a 25°C y un PSI mayor de 15%. Quedan por consiguiente establecidas las siguientes categorías de suelos: Suelos Normales: CEs< 4 dSm-1 a25°C y PSI < 15% Suelos Salinos: CEs> 4 dSm-1 a25°C y PSl< 15% Suelos Sódicos: CEs< 4 dSm-1 a25°C y PSI > 15% Suelos Salino-Sódicos: CEs> 4 dSm-1 a25°C y PSI > 15% FAO ponen de manifiesto la importancia climática en la formación de estos suelos. Consideran que existe un alto riesgo de salinización de suelos cuando el índice P/ETP es inferior de 0,75.
9. CONSECUENCIAS DE LA SALINIDAD DEL SUELO Deteriora la calidad de los suelos Limita el desarrollo de las plantas y el rendimiento de las cosechas Reduce la gama de cultivos posibles En algunos casos, puede conducir a la sodificación del suelo, con las consiguientes consecuencias negativas de degradación estructura del suelo Pone en riesgo la viabilidad técnica y económica de los regadíos dando lugar, incluso, al abandono de tierras Induce graves problemas medioambientales (salinización de aguas subterráneas y superficiales como ríos, lagunas) 10. IMPORTANTANCIA DE COMBATIR LA SALINIZACIÓN La acumulación de sales (particularmente de sales sódicas) es una de las principales amenazas fisiológicas para los ecosistemas. Las sales reducen la absorción de nutrientes de las plantas y disminuyen l a calidad del agua, con lo que afectan al desarrollo vegetal. Alteran el metabolismo de los organismos del suelo, disminuyendo enormemente la fertilidad del suelo. Un nivel elevado de salinidad en el suelo aumenta el punto de marchitamiento de las plantas como consecuencia del incremento de la presión osmótica y de los efectos tóxicos de las sales. El exceso de sodio destruye la estructura del suelo, que, por la falta de oxígeno, es incapaz de sustentar el crecimiento de las plantas y la vida animal. La salinización hace más impermeables las capas profundas del suelo, lo que provoca que las tierras no sean aptas para el cultivo. MANEJO DE SUELOS SALINOS Y SÓDICOSEl objetivo de la evaluación de los suelos salinos y sódicos es 11. conseguir un manejo adecuado de los mismos, de manera que permita obtener cultivos rentables, por un lado, y su posible recuperación y regeneración, por otro. Una vez evaluada la magnitud e intensidad de la salinidad se pueden tener diferentes alternativas para su manejo: 11.1. Método físico Los métodos físicos involucran intensidad de labranza; rastreo, barbecho o cinceleo o nivelación. En terrenos compactados en el subsuelo se recomienda el cinceleo, siempre y cuando el manto freático no sea superficial. Si la salinidad se acumula en la capa arable y el subsuelo está libre de sales o su nivel de salinidad es menor se debe barbechar, no obstante que el subsuelo sea más pobre en materia orgánica. En situación contraria con mayor salinidad en el subsuelo entonces solo es conveniente efectuar rastreos. La nivelación con criterio agronómico debe contemplar el nivel de materia orgánica en suelo y subsuelo para decidir la profundidad de cortes y rellenos. 11.2. Método hidrotécnicos La lámina de sobreriego y la calidad del agua de riego son factores importantes para un suficiente lavado de sales, sin olvidar la frecuencia. Los suelos salinos solo requieren lavado sin aplicación de mejoradores químicos. Los suelos sódicos necesitan que las aguas de lavado tengan fuertes cantidades de calcio y con conductividades eléctricas de 1000 a 2500 microhos/cm o más. Si es posible se regara con agua salada para que adquiera el suelo condición salina o salino-sódica e implementar en ese caso una rehabilitación más rápida y efectiva 11.3. Métodos biológicosAquí se incluyen la incorporación de abonos orgánicos, substancias húmicas, compostas, así como la incorporación de residuos de cosechas. La labranza de conservación llamada “cero labranza” no debe implementarse en suelos salinos compactados, pero una vez rehabilitados es conveniente adoptar la labranza de conservación con la intensidad que demande la relación suelo/planta. La incorporación de abonos orgánicos como estiércol o gallinaza debe efectuarse 2 o 3 meses antes de establecer el cultivo sobre todo si se trata de leguminosas, el maíz y el algodón responden bien a aplicaciones recientes de abonos orgánicos. 11.4. Métodos químicosSe justifican plenamente en suelos sódicos la clave está en calcular la cantidad de mejorador necesario para corregirlo (necesidad de azufre) y que se den las condiciones para que se infiltre en los estratos más afectados, para ello es necesario el uso de subsuelo vibratorios o inyección de aire asi como el uso de resinas (policramida), para aumentar la penetración del agua de riego. Para un suelo sódico hasta la profundidad de 1.20 m su recuperación sin restricciones de lavado requiere 93 ton/ha de yeso, 53 ton/ha de ácido sulfúrico o 17 ton/ha de azufre lo cual es antieconómico y por lo general se acostumbra mejorar por año o cultivo espesores de 30 cm, el rendimiento sigue siendo malo y se dice que el producto químico no sirve cuando lo que realmente pasa es que la cantidad aplicada es insuficiente. Lavado y aplicación de mejoradores requieren drenaje. 11.5. Técnicas especializadas de manejo Se refieren a una manera muy peculiar de establecer los surcos, emplear siembras a doble hilera, aumentar la densidad de siembra, acortar la longitud de surcos y aplicar riegos alternados, etc. 12. RECUPERACION DE SUELOS AFECTADOS POR SALINIDAD Desde el punto de vista de la recuperación, siempre es mucho más sencillo mejorar los suelos salinos que aquellos con características sódicas. Mientras que los primeros pueden recuperarse con lavados, los sódicos precisan a su
vez una enmienda que provea calcio. De todas maneras, para recuperar tanto un suelo salino como uno sódico es necesario contar con un sistema de drenaje que garantice la eliminación de las sales del perfil del suelo. Algunas de las medidas que podemos adoptar para recuperar suelos afectados por sales son enumeradas a continuación. 12.1. Lavado El lavado de suelos es un tratamiento generalmente ex situ en el que el suelo excavado es previamente separado físicamente por tamizado, densidad o gravedad para eliminar las partículas de grava más gruesas, con poca capacidad de adsorción, de la fracción fina y seguidamente lavado con extractantes químicos que permitan desorber y solubilizar los contaminantes. Después del tratamiento químico, el suelo se vuelve a lavar con agua para eliminar los contaminantes y agentes extractantes residuales y se devuelve a su lugar de origen. La eficacia de esta técnica depende del grado de adsorción del contaminante, controlado por una serie de propiedades del suelo como el pH, la textura, la capacidad de intercambio catiónico, la mineralogía o el contenido en materia orgánica y otros factores como el tiempo que hace que el suelo está contaminado o la presencia de otros elementos tóxicos. El lavado de suelos se utiliza fundamentalmente para suelos contaminados con compuestos orgánicos semivolátiles, hidrocarburos derivados del petróleo y substancias inorgánicas como cianuros y metales pesados, y es menos eficaz para tratar compuestos orgánicos volátiles y pesticidas. Las substancias extractantes utilizadas pueden ser ácidos, bases, agentes quelantes, alcoholes, surfactantes y otros aditivos como sales. Se ha visto que agentes quelantes como el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), el ácido cítrico y el ácido nitrilotriacético (NTA), y otros ácidos como el ácido clorhídrico son eficaces a la hora de eliminar Cu, Pb y Zn de suelos contaminados. Asimismo, los surfactantes (compuestos con una parte hidrofóbica y una parte hidrofílica de naturaleza catiónica, aniónica y biológica) son eficaces a la hora de separar los compuestos no acuosos de fase líquida del agua y compuestos derivados del petróleo.
Figura 11.
SUELO
SALINO
SÓDICO
Lavado de suelos
Tabla 5. Clase de suelo y su recuperación RECUPERACIÓN Solo existe un procedimiento para hacer descender el contenido de sales de la solución del suelo hasta niveles tolerados por los cultivos, este es el lavado de sales. Hay una serie de técnicas auxiliares como los subsolados, mezclas de suelos y otros y algunas prácticas agrícolas que aminoran el efecto de las sales, como ciertas prácticas de riego, elección de fertilizantes, etc., pero la única manera de eliminar las sales del suelo es mediante su lavado. El lavado consiste en hacer pasar a través del suelo una cierta cantidad de agua que arrastre consigo las sales. Puede tener dos finalidades diferentes: 1. Reducir la elevada salinidad inicial del suelo (lavado de recuperación) 2. impedir que el suelo se resalinice como consecuencia de los aportes de sales de agua de riego, napa freática, etc., (lavado de mantención) El lavado de sales no arrastra el sodio absorbido. En cambio puede ser contraproducente porque disminuye la concentración de sales disueltas, lo que aun facilita más el efecto dispersante. La recuperación de un suelo sódico exige disminuir el PSI hasta valores aceptables, o lo que es lo mismo, reemplazar parte del sodio adsorbido por otros cationes, generalmente calcio. Esto se consigue de diversas formas, pero todas ellas tienen en común la adición de calcio, bien en forma de enmiendas de yeso, cloruro cálcico, etc., o bien mediante la movilización del que pueda haber en el suelo en forma poco soluble.
En estos suelos hay que rebajar el PSI por medio de la adición de calcio y eliminar las sales disueltas por medio de lavados. Es fundamental realizar la recuperación por el orden descrito; de esta forma el suelo pasa de salino- sódico a salino con la adición de calcio y de salino a un suelo normal con el lavado. Si se invierte el orden y se aplica lavados antes de rebajar el PSI, se pasaría de la situación inicial de suelo salino-sódico a la de suelo sódico, y en esta nueva situación, al no haber sales disueltas en cantidad suficiente, el efecto dispersante del sodio puede disgregar la estructura de forma que se desarrollarían con dificultad por la baja permeabilidad del suelo sin estructura y, aunque pudieran lavarse las sales, permanecerá el problema de la perdida de estructura. Es tan prioritario evitar el deterioro de la estructura del suelo, que existe una técnica de recuperación de suelos salino-sódicos mediante el empleo de lavados con disoluciones sucesivas de agua muy salina y de RAS (relación de adsorción de sodio) relativamente bajo. De esta forma la floculación se mantiene y el sodio adsorbido ya siendo reemplazado por los cationes divalentes presentes en el agua de lavado. 12.2. Prácticas agrícolas contra la salinidad La solución definitiva del problema de la salinidad, consiste en la recuperación de los suelos afectados mediante la aplicación de enmiendas químicas y/o la aplicación de técnicas de lavado. Sin embargo, existen una serie de prácticas agrícolas que ayudan a disminuir los efectos nocivos de las sales y que son de aplicación en los suelos no recuperados o en la fase de recuperación, que a veces dura varios años. Estas prácticas en su conjunto constituyen toda una técnica agrícola características de las áreas salinizadas, hasta el punto que se puede hablar de una verdadera agricultura de suelos salinos. Entre estas prácticas se pueden mencionar las siguientes: Elección de cultivos La siguiente tabla 6 constituye una relación de cultivos con indicación de 12.2.1. su tolerancia a la salinidad. Este listado permite seleccionar las especies que se adapten a cada condición en particular. En esta tabla se puede comprobar que en general, suelen ir unidas las características de alta resistencia y baja sensibilidad, es decir, que el cultivo que tolera altos valores de conductividad eléctrica, generalmente se ve menos afectado por las variaciones de la salinidad. Aparte de la resistencia a la sal, una característica muy interesante de algunos cultivos es su capacidad de absorción de las sales de suelo. Entre estas plantas cabe destacar la maravilla, que además aporta gran cantidad de material vegetal al suelo, mejorando su estructura. Asimismo, debido a su elevada evapotranspiración, hace descender la napa freática, disminuyendo el aporte capilar de sales. Otros cultivos que eliminan cantidades importantes de sales son la alfalfa (que puede extraer 25 kg. De sodio por hectárea), el apio y el puerro. Mejora de la resistencia de las plantas a la salinidad Estas mejoras atañen a los 12.2.2. genetistas, en el sentido de obtener variedades resistente por medio de selección artificial, cruzamiento intervarietal e hibridación. Por otro lado existen algunas técnicas que aumentan la tolerancia de las plantas a la salinidad, no obstante, aún no llegan a constituirse en una práctica agrícola normal. Entre estas se pueden mencionar las siguientes: tratamientos de semillas con agua salada previa a la siembra, vernalización en soluciones nutritivas y tratamientos con ciertos inhibidores de crecimiento, que hacen a las plantas más resistentes a la acción toxica de las sales. 12.2.3. Fertilización El empleo como fertilizantes de sales muy solubles, sobre todo potásicas, aumenta la concentración de sales de la solución del suelo, con su correspondiente efecto nocivo. Por lo tanto se deben preferir abonos menos solubles. Entre el cloruro de potasio y el sulfato de potasio es preferible utilizar el segundo, porque el ion sulfato es menos perjudicial que el cloruro. Otra medida de fertilización conveniente es el empleo de abonos orgánicos y abonos foliares. La germinación, es una fase muy sensible al cultivo en la cual la planta aun exige poca fertilización. Ante problemas de salinidad puede ser conveniente reducir las primeras aplicaciones de fertilizantes. En el caso de cítricos, se puede aumentar la resistencia al boro si el nitrógeno se mantiene un poco por encima de lo normal. 12.2.4. Métodos y prácticas de riego Se compararán tres métodos de riegos en función de la salinidad. Entre estos se mencionan: El riego localizado de alta frecuencia/ El riego gravitacional/ El riego por aspersión En relación al riego por subirrigacion, éste está completamente vedado ante problemas de salinidad. El riego localizado de alta frecuencia En general el régimen de sales en el suelo se ve afectado por la frecuencia y por la localización de los riegos. Es por esto que después de la aplicación de u riego, las sales que contenían la solución del suelo, más las aportadas por el agua de riego se encuentran disueltas en el agua del suelo. A partir de este momento tanto la evaporación como la transpiración disminuyen la humedad del suelo, mientras que prácticamente no eliminan las sales disueltas. En consecuencia, la concentración salina va aumentando hasta que se aplica el siguiente riego. Cuanto mayor sea el intervalo entre riegos, mayor será la salinidad de la solución del suelo. En estas condiciones, l as sales disueltas aumentan la presión osmótica de la solución, dificultando la absorción de agua por las raíces, situación que se suma a la mayor dificultad de absorción debido a la disminución de humedad. Por lo tanto la alta frecuencia en los riegos facilita la absorción de agua por el doble efecto de mantener alta la humedad y baja la salinidad.
SALINOSÓDICO
En un sistema de riego por goteo, la distribución de las sales en el perfil del suelo se acumulan en la periferia del bulbo de mojamiento y sobre todo en la superficie del suelo, que presenta una especie de corona circular blanca característica. En la zona inmediatamente debajo del emisor queda una zona muy elevada, rodeada por una zona de baja salinidad que coincide prácticamente con el volumen ocupado por el bulbo húmedo. Las dimensiones relativas de estas zonas dependen de la distribución de la humedad. La distribución de las sales antes descritas presenta el efecto favorable de concentrar las raíces en la zona de mayor humedad y menor salinidad, en cambio en la periferia del bulbo se establece una barrera al desarrollo de las raíces, lo que dificultad que éstas exploren la parte del suelo situada fuera del bulbo húmedo. Todo ello intensifica la localización y hace al sistema más dependiente del riego. Las peculiaridades del régimen de sales en los riegos localizados obliga a un manejo especial de riegos y lavados. Los lavados conviene que sean frecuentes; lo ideal es que cada riego lleve siu dosis de lavado, es decir que se riegue con un cierto exceso, siempre y cuando se disponga de agua suficiente. Las principales ventajas de los lavados frecuentes son: la mantención de una baja salinidad en el bulbo y el aumento del volumen de la zona de baja salinidad. El riego por gravedad y por aspersión El riego por gravedad en el caso de suelos o aguas salinas permite lavados más activos. Por otro lado, la aplicación de aguas salinas sobre las partes aéreas, puede causar severos daños. En cambio el riego por aspersión tiene la ventaja de proporcionar al suelo una distribución del agua mucho más regular. En general, el riego por gravedad puede provocar la salinización de los suelos con más facilidad que el riego por aspersión. En cambio, es más efectivo en la recuperación de suelos ya salinizados. ECOSISTEMAS
INTRODUCCION Desde su aparición, el hombre ha progresado en los campos cultural y tecnológico, sin embargo, biológicamente ha evolucionado relativamente muy poco. Su desarrollo biológico sigue dependiendo de procesos naturales que se originaron y evolucionaron en el contexto de sistemas ecológicos. Aún requerimos respirar oxígeno y alimentarnos de proteínas, carbohidratos y grasas, al igual que hace millones de años. Esto constituye una dependencia muy fuerte por parte del humano hacia los sistemas naturales. Entre los elementos que componen la naturaleza, existen relaciones que son indispensables para la supervivencia de los organismos. Por ejemplo la vegetación proporciona refugio a las aves, y alimento a los herbívoros; estos a su vez son alimentos para los carnívoros, etc. Esta organización biológica, es lo que llamamos Ecosistema, sistema dinámico relativamente autónomo formado por una comunidad natural y su medio ambiente físico. El concepto, que empezó a desarrollarse en las décadas de 1920 y 1930, tiene en cuenta las complejas interacciones entre los organismos —plantas, animales, bacterias, algas, protozoos y hongos, entre otros— que forman la comunidad y los flujos de energía y materiales que la atraviesan. Pero también el hombre puede modificar los ecosistemas de maneras más terribles: alcontaminar un río el hombre está matando a un ecosistema. Por ello decimos quetenemos ecosistemas naturales (son los que creó la naturaleza sin la intervención delhombre, y los ecosistemas artificiales (son aquellos creados por el hombre o en losque este ha intervenido). CONCEPTO DE ECOSISTEMA: Origen del concepto: No fue sino hasta los siglos XVIII y XIX que los naturalistas se empezaron a preocupar por conocer formalmente los patrones de distribución geográfica de los organismos. Sin embargo, su visión de las comunidades naturales era espacial y estática, debido a que no existía una conciencia clara de que éstas cambian en el tiempo. Fue hacia comienzos de este siglo empezaron a considerar aspectos temporales en las descripciones de la distribución de los organismos. En 1916, Clements propuso el concepto de sucesión, en el que hizo notar que tanto la composición de especies como la estructura de la comunidad cambiaban en el tiempo. Clements concibió a las comunidades como superorganismos formados por poblaciones de plantas y animales que interaccionaban formando entidades integradas y dinámicas, las que respondían a gradientes ambientales. Propuso que los cambios sucesionales en las comunidades seguían un proceso análogo a la ontogenia de los organismos. Su visión superorgánismica de las comunidades, contrastó fuertemente con la idea individualista de Gleason quien, en 1926, propuso que las comunidades están conformadas por poblaciones con arreglos aleatorios, producto de los patrones individuales de distribución, y las comunidades son simplemente la resultante de la superposición de varias poblaciones con una distribución común. Clements puso mucho énfasis en la dinámica temporal y descuidó el aspecto espacial. Gleason enfatizó los patrones espaciales y puso menos atención en las restricciones temporales. Ninguno de los dos llegó a un concepto integrado de tiempo y espacio. Watt, en 1947, pensó que Gleason minimizaba el significado de las interacciones entre los componentes de las comunidades. Él en cambio, consideró que dichas interacciones eran las uniones esenciales que mantenían la integridad de las comunidades vegetales. Braun – Blanquet compartía dicha visión, y proponía que las comunidades eran unidades integradas, que poseían propiedades diferenciables dadas por el tipo de población que las componían, y que por lo tanto podían ser clasificadas incluso mediante un sistema binomial, tal como el usado para las especies.
En todo este periodo dominó la idea de que los organismos eran la parte esencial de las comunidades. No fue sino hasta 1935 cuando Tansley enfatizó que la distribución de especies y ensamblaje estaban fuertemente influidos por el ambiente asociado, por lo que propuso que la comunidad biótica constituía una unidad integral junto con su ambiente físico. Propuso entonces el término “ecosistema” para designar dicha unidad integral. Lindeman (1942) apoyó la propuesta de Tansley, al definir al ecosistema como un sistema compuesto de procesos físico-químico-biológicos que operan como parte de una unidad espacio-temporal. Se considera que fue él quien introdujo el enfoque dinámico y funcional en el estudio de los ecosistemas. El ecosistema ha sido reconocido desde entonces como una unidad fundamental de organización en ecología, y una unidad estructural de la biósfera. Sin embargo, este reconocimiento no ha sido universal. Patten y Odum (1981) mencionan que hay quienes consideran que la “teoría ecológica está completa con los organismos y sus poblaciones en evolución. Los organismos se alimentan y compiten entre sí en un ambiente que no es necesario definir más allá de su capacidad de carga… el ambiente siempre está allí, preparado y listo para acomodar otro ciclo de procesos”. Estos autores, sin embargo se preguntan “¿cómo es que el medio ambiente está siempre preparado o listo?, ¿por qué no se ha vuelto caótico tiempo atrás?”. Consideran que “el ecosistema es un ni vel de organización ‘interesado’ en el procesamiento organizado, no caótico, de materia y energía en la biosfera”, y puntualizan que “esto no es la ‘meta’ del ecosistema, pues no es un superorganismo, sino que es un requisito para su existencia el que los procesos biológicos sean ordenados (antientrópicos), ya que d e lo contrario no serían capaces de persistir”. Ecosistema:Primero debemos saber ¿qué es un sistema? Un sistema es un conjunto de elementos relacionados entre sí que realizan una o más funciones. Es un grupo de partes que están conectadas y trabajan j untas. A nuestro alrededor existen numerosos sistemas; un ordenador, un automóvil... En nuestro organismo funcionan diversos sistemas, como el sistema nervioso o el sistema hormona, un coche o un sistema informático: La ecología nos enseña que la unidad básica de la naturaleza es el ecosistema; esta unidad es el resultado de la interacción e interdependencia ordenada de los elementos bióticos (seres vivos) y abióticos (elementos sin vida) de la naturaleza. Una definición que surge de varios investigadores nos explica que "el ecosistema es un arreglo de componentes bióticos y abióticos, o un conjunto o colección de elementos que están conectados o relacionados de manera que actúan o constituyen una unidad o un todo. Conexión y relación en cualquier sistema dinámico significa transporte de materia, energía e información". El ecosistema o sistema ecológico constituye en realidad un tipo particular de sistema. Por ello hay que considerar una serie de elementos básicos: a) Biotopo: es el medio físico o conjunto de factores abióticos. Está constituido por un suelo (bosque, prado o campo de cultivo) o por una masa de agua (charco, laguna, río u océano) y por todo el conjunto de factores físico-químicos del agua, suelo o atmósfera (temperatura, pluviosidad, iluminación, etc.). b) Biocenosis: es la comunidad formada por las poblaciones de seres vivos que se condicionan mutuamente, y que solo dependen del ambiente inanimado exterior. El biotopo y la biocenosis están muy relacionados y ambos se influyen mutuamente. Todos los seres vivos de un ecosistema se relacionan entre sí para alimentarse, protegerse, reproducirse, etc. Las relaciones de alimentación son muy importantes en un ecosistema, porque los seres vivos se alimentan unos de otros y forman cadenas alimentarias. Como todos los seres vivos de un ecosistema están relacionados, cualquier cambio influye en todos ellos. Si desaparece un tipo de planta debido a una enfermedad, los animales que se alimentan de esta planta deben comer otras o desaparecerán también. Cualquier cambio que se produzca en el lugar, afecta a los seres vivos del ecosistema. Por ejemplo, si las aguas de un río se contaminan, mueren muchos animales y plantas. Los seres vivos de un ecosistema influyen también en el lugar que habitan, por ejemplo, los excrementos de los animales y las hojas que caen de las plantas hacen que el suelo sea más rico. CARACTERÍSTICAS DE LOS ECOSISTEMASDebido al creciente interés que se ha despertado en los últimos años en los problemas ambientales, la palabra ecosistema se ha integrado al vocabulario común, a pesar de que muy pocos conocen el verdadero significado del término, así como la importancia del concepto en el uso y conservación de los recursos naturales. Cada una de las características se discuten a continuación: Carácter sistémico: La palabra “ecosistema es la concentración del vocablo “sistema ecológico”, esto es, los ecosistemas son sistemas. Un sistema es un conjunto de elementos, componentes o unidades relacionadas entre sí. Sin embargo, no es fácil definir un sistema. Un primer impulso es señalar el objeto de estudio y decir “el sistema es eso que está ahí”. Dicha definición tiene una desventaja fundamental, y es que cada sistema material posee no menos de una infinidad de variables y, por lo tanto, de sistemas posibles. Definir un sistema consiste entonces en enumerar las variables o elementos que deben tomarse en cuenta. Así por ejemplo un péndulo que oscila, es un sistema real, el cual no sólo tiene longitud y posición, sino también masa, forma, color, temperatura, desviación y velocidad angular, conductividad eléctrica, radioactividad, etc. Una persona interesada en estudiar dicho sistema, no intenta analizar todas y cada una de las variables mencionadas; seguramente tomará en cuenta sólo aquellas que le parece que tienen influencia relevante en el comportamiento del mismo. Después de varios intentos de seleccionar diferentes combinaciones de variables, llegará
NIVELES DE ORGANIZACIÓN
a la conclusión de que la desviación angular y la velocidad angular son variabl es relevantes, mientras que el color o la radioactividad no lo son. Una tarea común de los investigadores, es modificar la lista de variables que definen un sistema bajo estudio. Podríamos decir entonces que cuando se define un ecosistema se selecciona una colección de unidades y procesos naturales, alrededor de los cuale s es útil establecer una frontera con el propósito de analizar sus interrelaciones. Ciertamente existe algo de subjetividad, al decidir qué elementos entran y cuáles no, en nuestra definición, sobre todo cuando se conoce poco sobre la estructura y funcionamiento del ecosistema. Sin embargo, esto no significa que los sistemas naturales no existan en la realidad, o que sean simplemente ideas en la mente del investigador. El ecosistema es tan real como el péndulo que oscila. Ante la imposibilidad de considere en conjunto todas las variables que los componen, es necesario seleccionar sólo algunas, lo cual no les resta realismo. Componente:Los ecosistemas son sistemas naturales en donde los componentes o elementos que los conforman son tanto de origen bióticos como abióticos. Los primeros incluyen a todos los seres vivos. Los componentes abióticos son entidades tales como el suelo, la atmosfera, la roca madre, el agua, etc. Estos pueden tener origen orgánico, como el humus o la capa de hojarasca sobre la superficie del suelo, u origen inorgánico como los minerales y arcillas que constituyen el suelo. Carácter abierto: Es importante señalar que los ecosistemas están abiertos a la entrada y salida de materia y energía. Lo que constituye una salida para un ecosistema dado, representa una entrada para otro ecosistema colindante. Así por ejemplo, la pérdida (salida) de un suelo y nutrientes por efectos de la erosión hídrica en un ecosistema boscoso bajo explotación, constituye la entrada de sedimentos y nutrientes en el lago locali zado río abajo. Asimismo, a diferencia de muchos otros sistemas, los ecosistemas no siempre tienen fronteras bien definidas. Este problema se acentúa cuando existe un gradiente (altitudinal, climático, de salinidad, etc.), de tal forma que el ecosistema gradualmente se va transformando en otro. Jordán y Medina (1978) mencionan que, para definir un ecosistema, no es necesario que éste se encuentre aislado, siempre y cuando se puedan definir áreas dentro de las cuales existan funciones integradas. Margalef (1968) sugiere que no hay necesidad de delimitar una frontera marcada entre los ecosistemas, pues argumenta que es suficiente con observar que la composición florística de un ecosistema ha diferido en dos puntos, para suponer que deben haber ocurrido algunos cambios. Odum (1986) enfatiza que en la conceptualización de un ecosistema completo, se debe incluir el medio ambiente que está delimitado, estudiado o manejado. Así se reduce el problema de establecer una frontera alrededor dela entidad que uno quiere considerar. “No importa mucho cómo se delimite el ecosistema, mientras se asegure que se incluyan las entradas y salidas”. Asimismo, mencionan que es sumamente importante considerar las entradas y salidas en ecosistemas jóvenes, poco extendidos, con alta intensidad metabólica, u/o un desbalance entre autótrofos y heterótrofos. Por su parte Pomeroy (1988) consideran que el problema de la definición de la frontera no compromete el enfoque cuantitativo del estudio de ecosistemas, pues generalmente estos abarcan grandes extensiones. Dado que el ciclo hidrológico es análogo al sistema circulatorio de un ecosistema, una manera de reducir sustancialmente el efecto de borde es utilizar cuencas hidrolográficas como unidades de estudio, manejo y conservación. De esta forma se pueden cuantificar fácilmente las entradas y salidas de energía y materia al ecosistema, así como aislar de su entorno el efecto de perturbaciones y/o transformaciones del mismo. Mecanismos de retroalimentación: Cada elemento, componente o unidad de un sistema puede existir en diferentes estados, de tal forma que el estado seleccionado se determina basándose en las interacciones con los demás elementos del sistema. Estas interacciones recíprocas entre los elementos del sistema son conocidas como mecanismos de retroalimentación. Wiener (1948) denominó como cibernéticos a aquellos sistemas con mecanismos de retroalimentación. Estos últimos pueden ser estabilizadores (negativos), o desestabilizadores (positivos). Una característica de los mecanismos estabilizadores (o de retroalimentación negativa) es que permiten que no sólo todo el sistema, sino un estado seleccionado del mismo, permanezcan constantes en el tiempo. Los mecanismos desestabilizadores (o de retroalimentación positiva) en cambio, tienen la peculiaridad de sacar a un sistema de su estado seleccionado, promoviendo su cambio de estado hasta que se den las condiciones para que se estabilice de nuevo mediante otro mecanismo negativo. La falta de mecanismos estabilizadores o de control puede conducir a una ulterior destrucción del sistema, mientras que lo que hace a un sistema dinámico son sus mecanismos de retroalimentación positivos, sin los cuales no habría crecimiento ni desarrollo. Muchos sistemas cibernéticos tienen un controlador central que establece metas a lograr por el sistema. El hipotálamo en el ser humano o el termostato en un refrigerador, por ejemplo, constituyen unidades de control que determinan en mucho el comportamiento del sistema (figura a). Los ecosistemas, en cambio no poseen un controlador central (Engelber y Boyarsky, 1979), sin embargo, esto no los h ace menos cibernéticos (Knigth y Swaney, 1981; McNaughton y Coughrnour, 1981). Patten y Odum (1981) mencionan que las propiedades cibernéticas de los ecosistemas les confieren mecanismos que son analogos, no homologos, a los de otros sistemas. Mencionan que dentro de los ecosistemas existen dos subsistemas o redes superpuestas: - Un subsistema primario o red trófica (alimenticia) en la que fluyen materia y energía, y - Un subsistema secundario, o red informacional, que regula dichos flujos. Es a través de este último que se establecen mecanismos de retroalimentacion en los ecositemas (figura b). Sin esta red de información la naturaleza sería caótica, desordenada y desequilibrada.
Interacciones:Como ya mencionamos, en los ecosistemas existe u n subsistema primario en donde la interacción que se establece entre sus componentes es, generalmente (y no solamente), de tipo trófica (alimenticia). La energía fluye y los materiales circulan en torno del ecosistema por procesos que también son parte integral del mismo. Tal es el caso de la fotosíntesis, la absorción de minerales por las plantas, la descomposición de residuos orgánicos, la erosión, la translocación de minerales en la planta, etc. Existe un subsistema secundario constituido por una res de mensajeros físicos y químicos, análogo, pero mucho menos visible, a los sistemas hormonales y nerviosos de los organismos (Odum). Patten y Odum (1981) los describen como los “factores, procesos e interacciones, que se conocen como historia natural y que sirven para controlar el movimiento o transformación de la materia y la energía”. Dentro de éstos tenemos a las señales que proveen el medio físico, químico y biológico, tales como sonidos, sabores, olores, presiones, campos magnéticos, etc. Se ha visto, por ejemplo, cómo el fuego puede disparar mecanismos de germinación en semillas enterradas; cómo la duración del día y la noche determinan el inicio de grandes migraciones de aves; cómo las secreciones de un animal delimitan zonas territoriales; cómo unos cuantos milímetros de lluvia disparan la producción de hojas en toda una selva tropical; etc. Jordan (1981) menciona que, el mostrar que existen estas redes de información en los ecosistemas es tan difícil como mostrar que está ocurriendo la evolución misma, pues ambos fenómenos se dan a gran escala y en largos periodos de tiempo. Sugiere que las evidencias de mecanismos de retroalimentación en los ecosistemas, surgen no de experimentos controlados, sino de la observación de complejas relaciones funcionales entre individuos y entre especies, las cuales es muy improbable que ocurran sólo al azar. Carácter jerárquico: La gran diversidad de procesos ecológicos dentro de un amplio espectro de escalas de tiempo y espacio, y están asociados a diferentes niveles de organización del ecosistema. Para explicar eventos y fuerzas en un ecosistema, el investigador debe percibir estructura, orden y relaciones. La teoría jerárquica es una base sólida para lograrlo, pues debido a la complejidad inherente a los ecosistemas, ha sido necesario formar compartimentos y distinguir niveles jerárquicos dentro del mismo, abordando de una manera integrada cada nivel. El concepto de sistemas jerárquicos no es nuevo, pero su significado para el análisis de sistemas en general, y para el de ecosistemas en particular, ha recibido recientemente especial atención en la literatura.es un enfoque que muchos investigadores utilizan o aplican e su pensamiento, modelación y análisis. Cambios en el tiempo: Estrictamente hablando, los ecosistemas no evolucionan. El control genético de las poblaciones y la selección natural no operan a nivel de sistema, sino de sus componentes individuales. Sin embargo, la vida y la evolución son sólo posibles dentro del contexto y restricciones que impone el ecosistema. La biota del ecosistema refleja el ambiente físico en el que se desarrolla, por lo que si el medio cambia, ésta lo hará también. De igual forma, el medio físico está fuertemente influido por los organismos que sustenta; cambios drásticos en la cobertura vegetal, por ejemplo, traen consigo transformaciones importantes del medio físico. Este incesante proceso de acción y reacción, que con el tiempo resulta en cambios tanto del medio como la comunidad biótica, se conoce como “sucesión ecológica” que consiste en cambios que se extienden sobre decenios, siglos o milenios, y que se superponen a fluctuaciones y ritmos más breves. La sucesión es un fenómeno de ocupación progresiva del espacio, de acción y reacción incesantes. Propiedades emergentes: Conforme se combinan componentes para formar sistemas más grandes y complejos, nuevas propiedades aparecen; esto es, el todo es más que la suma de las partes. El oxígeno y el hidrogeno, por ejemplo, tienen propiedades muy diferentes a las del agua, que como sabemos resulta de la combinación de ambos elementos. Lo mismo sucede cuando un hongo y un alga se unen para formar un liquen. Frecuentemente estas propiedades son llamadas “propiedades emergentes.” Pomeroy (1988) afirman que en el terreno estrictamente filosófico, la existencia de propiedades emergentes es cuestionable, pues en teoría, si se conoce lo suficiente acerca de un sistema dado, deberíamos de ser capaces de predecir todas sus propiedades y comportamientos de una manera reduccionista, es decir, explicar el todo sumando los comportamientos individuales de sus componentes. Sin embargo, puntualizan que esto es imposible en la práctica, aun en sistemas físicos simples. Conforme aumenta el número de componentes, parámetros e interacciones en un sistema, aumenta su complejidad y con ello la imposibilidad de conocerlo en detalle. Además, existe también la idea de que en la naturaleza los procesos son en cierto grado aleatorios, lo que impide su descripción con un enfoque puramente reduccionista. Existen fenómenos que solo se han logrado describir y analizar con modelos estocásticos o probabilísticos. Procesos del ecosistema tales como la productividad primaria, el ciclo hidrológico, la erosión, etc., son mejor y más fácilmente estudiados con un enfoque global (holístico) que mediante el análisis y la suma de cada uno de sus componentes. Pomeroy sugieren que la estabilidad funcional y estructural de los ecosistemas es una propiedad emergente, pues es mayor que la de las poblaciones individuales. Procesos como la fotosíntesis, la asimilación y la respiración de la comunidad son predecibles, y se mantienen a tasas marcadamente estables, a pesar de los cambios en las poblaciones por efecto de procesos sucesionales. En resumen, podemos decir que las características del ecosistema son: Está formado por los organismos y su medio en un área determinada. Estos organismos y el medio interaccionan en forma de un flujo de energía y un ciclo de materia. Tiene capacidad de autorregulación, es decir: Que es capaz de recibir información del exterior. Procesarla. Producir una respuesta.
A su vez esta respuesta es capaz de modificar las condiciones externas del sistema, originando una nueva información (retroalimentación), que provocará una respuesta posterior. Por tanto podemos decir que un ecosistema está sometido a una dinámica continua de entradas y salidas de información, que son las responsables de un continuo proceso de cambios a lo largo del tiempo.
