Introducción
⌅El
comportamiento de los indicadores y variables en una sección de área de
suelo, es el reflejo de la coincidencia de grupos de factores
incidentes en la misma (Rivero et al., 2010Rivero, L., López, S., & Geler, T. (2010). Aplicación de la Geomática en el estudio, uso, conservación y mejoramiento de suelos. Cuenca hidrográfica del Río Chambas. Sociedad Cubana de la Ciencia del Suelo, La Habana, Cuba.
). Por ejemplo, en la variable referida al contenido de humedad del suelo (W %) incide un conjunto de factores dentro de los cuales hay cinco que son
determinantes: fuentes de agua disponibles, funcionamiento físico del
suelo, estado de la cubierta vegetal, inclinación del terreno y manejo
del suelo por los usuarios de la tierra, lo que se resume en:
disponibilidad de agua, suelos, cubierta vegetal, pendiente y manejo.
La
combinación de los cinco factores, en un territorio determinado, es
finita y se puede determinar la variabilidad de todas en el espacio y
tiempo, lo que está en concordancia con lo planteado por Rivero et al. (2024)Rivero,
R. L. B., López, S. S., Farradás, C. M., Fuentes, A. E., Pérez, J. J.
M., Demedio, R. M., Fraser, G. T., Beltrán, M. A., Morales, M. R., &
La O, Q. M. (2024). Metodología para la aplicación de Ciencia e
Innovación Tecnológica en apoyo a seguridad alimentaria sostenible. Ingeniería Agrícola, 14(1), cu-id, ISSN: 2227-8761.
, en lo que los autores denominaron como concepción geoespacial integral (CGEI),
la que puede ser de mucho valor en el enfrentamiento de diversos
problemas resumidos en la denominada Ley de Soberanía y Seguridad
Alimentaria y Nutricional (GOC-Cuba, 2022GOC-Cuba. (2022). Ley de Soberanía y Seguridad Alimentaria y Nutricional (SSAN). Gaceta Oficial de la República de Cuba, 77, ISSN: 0864-0793, e-ISSN: 1682-7511.
).
La aplicación práctica de la referida concepción, se logra con el uso de tecnologías avanzadas de la información (TAInf) que contempla, como áreas tecnológicas primarias, al Sistema de Posicionamiento Global por Satélite (GPS), la Teledetección (TD) con énfasis en la adquisición, procesamiento y análisis de imágenes satelitales, Diseño Asistida por Computadoras (CAD) y Sistema de Información Geográfica (SIG). Este último cumple la función de organizar, analizar e integrar el gran volumen de información que puede derivar de los tres primeros.
Al desarrollo de estas tecnologías y el importante papel que cumplen en la actualidad, se refiere Sánchez San Martín (2021)Sánchez San Martín, P. A. (2021). Suelos del trópico: Características y Manejo (Segunda Edición). Editorial del Colegio de Postgraduados. Colegio de Postgraduados.
y analiza lo que denomina como “flujo conceptual del proceso del mapeo digital de suelos”. En este mismo sentido se plantea el trabajo de Malone et al. (2017)Malone, B. P., Minasny, B., McBratney, A. B., Malone, B. P., Minasny, B., & McBratney, A. B. (2017). Digital Soil Mapping. Springer International Publishing, Switzerland.
; Rivero et al. (2013)Rivero,
L., Ruiz, J., Riverol, M., & Tamariz, V. (2013). Los suelos, la
cobertura vegetal y el relieve en el municipio de Tzicatlacoyan, estado
de Puebla, México. Revista GEOMINAS, 61, 95-105, ISSN: 016-7975, Publisher: Escuela de Ciencias de la Tierra, Universidad de Oriente, Venezuela.
que coinciden con uno de los trabajos iniciales y de mayor relevancia en esta dirección McBratney et al. (2003)McBratney, A. B., Santos, M. L. M., & Minasny, B. (2003). On digital soil mapping. Geoderma, 117(1-2), 3-52, ISSN: 0016-7061, Publisher: Elsevier.
, el que constituye la base del modelo SCORPAN, cuya concepción es utilizada en el análisis que plantea el presente trabajo.
El
referido modelo se ha desarrollado de forma acelerada en los primeros
24 años del presente siglo, con el apoyo de lo logrado a partir de la
década de los 70 de la pasada centuria con el surgimiento de la
Geomática en Canadá. Uno de los principales avances de la ciencia en
este sentido es que, paralelamente con el desarrollo de las áreas
tecnológicas ya mencionadas, se han desarrollado los programas del SIG y
programas para el análisis estadístico avanzado, como es el caso de Malone et al. (2017)Malone, B. P., Minasny, B., McBratney, A. B., Malone, B. P., Minasny, B., & McBratney, A. B. (2017). Digital Soil Mapping. Springer International Publishing, Switzerland.
.
Sobre
la base de estos avances, el Instituto de Suelos del Ministerio de la
Agricultura, en colaboración con otras entidades, ha realizado varias
aplicaciones prácticas, sintetizadas por Rivero et al. (2018Rivero, L., López, S., Fraser, T., & Verania, H. (2018). Informe
Final del proyecto Prácticas de manejo sostenible de tierra en una
sección de la cuenca hidrográfica del río Chambas, a partir de la
integración y actualización de la base cognitiva (p. 57) [Informe Final de proyecto]. Instituto de Suelos, La Habana, Cuba.
; 2018Rivero, L., López, S., Fraser, T., & Verania, H. (2018). Informe
Final del proyecto Prácticas de manejo sostenible de tierra en una
sección de la cuenca hidrográfica del río Chambas, a partir de la
integración y actualización de la base cognitiva (p. 57) [Informe Final de proyecto]. Instituto de Suelos, La Habana, Cuba.
; 2024)Rivero,
R. L. B., López, S. S., Farradás, C. M., Fuentes, A. E., Pérez, J. J.
M., Demedio, R. M., Fraser, G. T., Beltrán, M. A., Morales, M. R., &
La O, Q. M. (2024). Metodología para la aplicación de Ciencia e
Innovación Tecnológica en apoyo a seguridad alimentaria sostenible. Ingeniería Agrícola, 14(1), cu-id, ISSN: 2227-8761.
.
En el presente trabajo, nos proponemos los siguientes objetivos: (1)
analizar la distribución geoespacial y coincidencia de los factores
principales que condicionan el aprovechamiento de la lluvia; (2) diseñar
un sistema de muestreo de la humedad del suelo para validar el impacto
de medidas, dirigidas al aprovechamiento del agua en las fincas
seleccionadas; (3) aplicar el sistema de muestreo para estimar el
impacto de las medidas, dirigidas al mejor aprovechamiento del agua de
lluvia.
Materiales y Métodos
⌅Ubicación geográfica y caracterización general de las áreas de estudio
⌅En la Figura 1 se representa el límite general (línea roja) dentro del cual se
encuentran las fincas que se tomaron como patrones para el desarrollo
del presente trabajo, en el contexto geográfico del Polígono Nacional de
Conservación y Mejoramiento de Suelos, Aguas y Bosques (PNMCSAB), sobre
el cual se puede encontrar más información en Fuentes et al. (2019)Fuentes, A., Rosales, U., Rodríguez, D., & Castellanos, N. (2019). Polígono Nacional de Conservación de Suelos, Aguas y Bosques. PALCOGRAF, La Habana, Cuba.
.
Se tuvo en cuenta que, en el total de las áreas delimitadas, estuvieran
representadas las principales variantes, con respecto a los
comportamientos de los factores que se consideran claves en el
aprovechamiento de las fuentes de agua que existen y/o pueden existir en
las referidas áreas, con énfasis en las lluvias.
Esto implica que, el seguimiento principal, se realiza dentro de los límites de las fincas, pero también se muestrean sitios fuera de estos límites a modo de comprobación. En el caso específico de este trabajo, se hace énfasis en la Finca Victoria 1, delimitada con línea amarilla en la Figura 1. Esta es en la que más se ha avanzado en la aplicación de medidas de conservación y mejoramiento de suelos, que a la vez son claves en el aprovechamiento del agua.
Creación de las bases para el diseño e implementación del sistema de muestreo
⌅En este sentido, lo esencial a tener en cuenta es la variación en el espacio del comportamiento de las variables e indicadores que caracterizan a los factores clave. Un primer paso es la elaboración del mapa que representa la distribución geoespacial en el comportamiento de cada factor por separado, para después elaborar el mapa de coincidencia de comportamientos. Una vez cumplido este paso, se pasa a elaborar el esquema de muestreo, el cual se va perfeccionando en el transcurso de su aplicación práctica.
Es importante tener en cuenta la ubicación de un número de sitios de muestreo, con respecto a la trayectoria y características de las zanjas de absorción captadoras de agua de lluvia como adaptación al cambio climático, con el objetivo de detectar la incidencia de estas zanjas en la humedad del suelo, así como en el balance hídrico de las áreas beneficiadas. Otro aspecto importante es que, como base de todo este trabajo preparatorio, se utilizan imágenes satelitales de alta resolución, las cuales se obtienen georreferenciada de forma automática. Un ejemplo de estas imágenes se muestra en la Figura 2, en la que se puede apreciar con más detalles la Finca Victoria 1, alrededor de la cual hay fincas que también se utilizan para este trabajo. Se puede apreciar la alta variabilidad espacial de la cubierta de la tierra, lo que constituye un factor importante en el problema que se analiza y que es muy frecuente, sobre todo en territorios dedicados a la producción agropecuaria y forestal.
Método para determinar y/o estimar el aprovechamiento del agua
⌅Los métodos deben estar en correspondencia con los criterios esenciales para evaluar el aprovechamiento del agua: estado de humedad del suelo y estado de las fuentes de agua dentro de los límites del área a evaluar. A los efectos de este trabajo, de las fuentes de agua se hace énfasis en las lluvias, pero no hay que descartar que, en determinado momento, se puedan utilizar microembalses, tranques en corrientes superficiales, pozos y otras. Además, el estado de estas fuentes también depende del régimen de lluvias.
Para analizar el estado de humedad del suelo definimos el indicador reserva relativa de agua [(Rr_agua (%))], que es la relación existente entre las reservas de agua en los primeros 30 cm (en m3 ha-1) y la reserva total que puede ser retenida hasta esa misma profundidad, cuando el suelo está en su máxima capacidad de retención (Cmáx), lo que también se conoce como capacidad de campo.
Para evaluar el estado
de las fuentes de agua que existen dentro de los referidos límites, se
realizan mediciones de volúmenes de cada fuente (embalses,
microembalses, secciones de corrientes superficiales, pozos y otros).
Para estas fuentes, el factor que determina su estado es el régimen de
lluvias, el cual se evalúa de acuerdo con Cutié & Lapinel (2013)Cutié, V., & Lapinel, B. (2013). La Sequía en Cuba. Un Texto de Referencia (p. 358). Instituto de Meteorología, Centro del Clima; La Habana, Cuba.
. Especial atención en este trabajo se pone a las zanjas de absorción captadoras de agua de lluvia como adaptación al cambio climático, las cuales se implementan en cada finca y funcionan como fuentes de agua.
Resultados y discusión
⌅Análisis de los factores que determinan el aprovechamiento del agua en las fincas
⌅La Figura 3 es un mapa que integra a los factores ya definidos y es la salida principal de un Sistema de Información Geográfica (SIG) que contiene la distribución geoespacial del comportamiento de cada factor (capas de información) y una base de datos con los valores y/o descripciones de los atributos correspondientes a cada capa. Este mapa es la base para establecer el criterio sobre las condiciones del área y del suelo para la retención del agua que procede de las fuentes identificadas, principalmente de las lluvias. Por ejemplo, en las áreas con el criterio de muy favorable hay poca probabilidad de que el agua escurra por la superficie del terreno y lo contrario ocurre en las áreas con el criterio de muy desfavorable, con menos posibilidades de que el agua quede dentro de los límites de una determinada sección de terreno.
Entre los extremos a que se refiere el párrafo anterior existen diversas coincidencias de factores, desde las menos hasta las más adversas, por lo que hay que ubicar sitios de muestreo de forma que los datos obtenidos sirvan para un análisis integral del problema. En este sentido, aunque el interés principal se presta a la finca en cuestión, se ubican sitios en un contexto más amplio, de acuerdo con las condiciones físico-geográficas del territorio.
El criterio anterior sirve para ir rectificando las medidas de conservación y mejoramiento en el transcurso del trabajo, en este caso la medida referida al mejoramiento hídrico del suelo y mejor uso y manejo del agua, a través de las zanjas de absorción captadoras de agua de lluvia como adaptación al cambio climático. Al mismo tiempo, el hecho de recorrer las principales condiciones existentes y estar estas representadas en una base de datos manejada a través de programas del SIG y auxiliares, permite la estimación de valores de humedad del suelo y otras variables en sitios no muestreados, de acuerdo con lo expuesto en el subtítulo método para determinar y/o estimar el aprovechamiento del agua, el que enfatiza en las reservas de agua retenidas por el suelo en cada momento de un determinado período de tiempo. A los efectos prácticos de la producción agropecuaria y forestal, existe una estrecha interrelación entre las referidas reservas de agua retenidas por el suelo y el crecimiento y desarrollo de las plantas.
Síntesis de las capas de información y BD contenidas en el SIG
⌅En la Tabla 1 se sintetizan las capas de información y atributos contenidos en las BD.
| No. | Identificación | Descripción | Atributos de la capa |
|---|---|---|---|
| 01 | a01a límite_areaAR 2 k p1 | Límite del área de trabajo a real escala | No aplica |
| 02 | a01b límite_areaLN 2 k p1 | Límite del área de trabajo lineal | No aplica |
| 03 | a02a georref_area 2 k p1 | Georreferenciación del área de trabajo | Valores de las coordenadas |
| 04 | b01a geolog_area px r p1 | Datos de geología cargados a cada píxel | Tipo de formación, formación sitio, profundidad, permeabilidad |
| 05 | c01a suelos_area px r p1 | Datos de suelos cargados a cada píxel | Id, Subtipo, profundidad del perfil, profundidad defectiva, textura, estructura, densidad, Cmáx, erosión, carbono orgánico, comportamiento físico*1 |
| 06 | d01a rsagua_area 5 k p1 | Reservas de agua | Id, categoría numérica (1 al 5) y descriptiva: muy favorable (1) hasta muy desfavorables (5). |
| 07 | e01a cubveg_area 2 k p1 | Cubierta vegetal | Id, categoría numérica (1 al 5), tipos de cub_vegetal, grado de cubrimiento de la superficie. |
| 08 | f01a rel cn_area 25 k p1 | Relieve curvas de nivel | Altura absoluta, altura relativa |
| 09 | f01b pend_area 10 k p1 | Relieve pendiente | Rangos de pendiente, categoría numérica (1 al 5), categoría descriptiva: muy favorable (1) hasta muy desfavorable (5) |
| 10 | f01a rel asnm_area 10 k p1 | Relieve alturas sobre el nivel del mar (asnm). | Id, altura absoluta, altura relativa snm, categorías descriptiva. |
| 11 | j01a uso_tierra_ 2 k p1 | Capa de referencia sobre el manejo del suelo | Id, categoría numérica (1 al 5), categorías descriptiva: muy favorable (1) hasta muy desfavorable (5). |
p1
significa que el sistema de coordenadas utilizado es Latitud/Longitud
(WGS 84) (EPSG:4326). 2 k, 5 k, 25 k y notaciones similares significa la
escala: 1: 2000; 1: 5000; 1: 25000, etc. px r significa que el valor es
cargado al área del píxel (px) que, en este caso, es 5 m x 5 m (25 m2). *1 El comportamiento físico es el resultado de la interacción de los
atributos desde el 2 hasta el 8, mientras que el 1 (id) es el
identificador numérico del píxel (la BD de la capa c01a suelos_area px r p1 tiene nueve columnas), lo que indica que el suelo es el componente
principal, sin dejar de tener en cuenta la importancia de los demás
factores involucrados en el análisis. Por ejemplo, la cubierta vegetal y
la pendiente del terreno son determinantes en el aprovechamiento del
agua.
Identificación y diseño del esquema de muestreo
⌅El esquema de muestreo se identifica como EsqMuest v2 (Figura 4) y su punto de partida es el mapa con la distribución geoespacial de los sitios (Figura 5). El esquema contempla todos los elementos a tener en cuenta para la realización del muestreo: períodos, fechas específicas, guía de campo, stock de implementos, método para toma de muestras, determinaciones en el laboratorio y otros. La guía de campo contiene la información de cada sitio: coordenadas, pendiente, cubierta vegetal, grado de erosión, profundidad del suelo, tipo de manejo y otros factores incidentes.
La distribución geoespacial de sitios de muestreo (Figura 5), deriva del mapa representado en la Figura 3 del epígrafe 3.1, el que constituye la guía principal de todo el trabajo a desarrollar, incluyendo el análisis de los resultados de los muestreos y las recomendaciones a los productores agropecuarios, sobre las medidas a aplicar para el mejor aprovechamiento del agua en las fincas.
Ejemplo de resultados de la aplicación del EsqMuest v2
⌅Como ya se explicó, lo más importante es determinar el estado de humedad en que se encuentra el suelo en el momento del muestreo. El principal indicador de este estado es la relación que existe entre las reservas de agua presentes en el suelo (Raps) y estas reservas cuando el suelo se encuentra en su capacidad máxima de retención de agua (Rmáx). En ambos casos las reservas se dan en m3 ha-1 y para el cálculo de Raps se utiliza un conjunto de otras variables, como el área específica analizada (área en m2) la profundidad del suelo a considerar en metros (m), el factor 10000 para que el valor salga en m3 ha-1, la densidad del suelo ( d en Mg m-3), el porciento de humedad determinado en laboratorio o con un sensor (W %) y el factor 100 en el denominador para llevar W (%) a MG de agua por MG de suelo (MG/MG). La ecuación para el cálculo es la siguiente:
El valor Rmáx es una variable física del suelo determinada con anterioridad y es característica para cada subtipo de suelo, en correspondencia con las condiciones en que este se encuentre. Para el cálculo de Rmáx se utiliza la misma ecuación que para Raps, con la diferencia que W (%) fue determinada en el momento en que el suelo estaba en su máxima capacidad de retención de agua (capacidad de campo). La relación Raps / Rmáx se da en % y se expresa como [(Rr_agua (%))], (reserva relativa de agua). Los valores, por lo general, están entre 100 y 60, a partir de lo cual se establecen rangos que señalan la afectación que puede haber en el crecimiento y desarrollo de las plantas en general, con énfasis en las cultivadas. A los efectos de este trabajo, nos referimos a la afectación de los cultivos y pastizales en fincas agropecuarias (Tabla 2).
| CATEGORÍA | RANGOS DE [(Rr_agua (%))] | DISPONIBILIDAD DE AGUA | POSIBLE AFECTACIÓN DE CULTIVOS Y PASTIZALES |
|---|---|---|---|
| Muy eficiente | > 90 | Óptima | No hay afectaciones en el crecimiento y desarrollo. |
| Eficiente | 90 - 80 | Adecuada | Solo en ocasiones pueden ocurrir ligeras afectaciones. |
| Med. eficiente | 80 - 70 | Hay déficit de humedad | Hay afectaciones, aunque pueden obtenerse cosechas limitadas. |
| Deficiente | 70 - 60 | Alto déficit de humedad | Plantas raquíticas que prácticamente no producen. |
| Muy deficiente | < 60 | Sequía extrema | Puede llegarse a la pérdida completa de la plantación. |
Conclusiones
⌅- Se analiza la distribución geoespacial y coincidencia de los principales factores que condicionan el aprovechamiento de la lluvia en fincas del Polígono Nacional de Mejoramiento y Conservación de Suelos, Aguas y Bosques (PNMCSAB), lo que puede ser extendido a otras unidades productivas del País, para dar seguimiento a las fluctuaciones de la humedad del suelo, en relación con el crecimiento y desarrollo de los cultivos.
- Se propone un sistema de muestreo identificado como EsqMuest v2, que permite, con un número limitado de muestras, dar seguimiento a los estados de humedad del suelo en fincas de producción agropecuaria y forestal.
- Se aplicó el EsqMuest v2 en tres fincas representativas del PNMCSAB, con diversas condiciones referidas al funcionamiento físico del suelo, fuentes de agua disponibles, estado de la cubierta vegetal, inclinación del terreno y manejo del suelo por los usuarios de la tierra.