CIENCIAS NUCLEARES
Uso del cesio 137 como radiotrazador en la cuantificación de la erosión de suelos tropicales
Use of cesium-137 as a radiotracer in the quantification of tropical soil erosion
Rita Y. Sibello Hernández, Héctor Cartas Águila, Jorge Martín Pérez
Centro de Estudios
Ambientales de Cienfuegos, Cuba
RESUMEN
El objetivo principal
de este trabajo fue evaluar la aplicabilidad de la técnica que usa al
como radiotrazador para cuantificar la erosión en suelos de la región
tropical. Con esa intención la técnica se aplicó en suelos
tropicales pertenecientes a una parcela de escurrimiento, en la provincia de
Cienfuegos, en Cuba, en el área del Caribe. Esto permitió comparar
y demostrar la correspondencia de los resultados de la cuantificación
de la erosión usando la técnica del
:37,00
0,80
con el promedio obtenido en la parcela de escurrimiento: 40
,
validándose la aplicabilidad de la técnica para los suelos tropicales
estudiados.
ABSTRACT
The main objective
of this work was to evaluate the app!icability of this technique to quantify
the soil erosion in the tropical region. With this purpose the technique was
applied in the tropical soils belonging to a glide parcel, in Cienfuegos province,
in Cuba, in the Caribbean area. This allowed us to compare and to demonstrate
the good agreement of the results of the soilloss quantification obtained using
the
technique: 37.00
0.80
with the obtained using erosion plots in the Soil Experimental Station in Barajagua:
.
Key words: soils, erosion, environment, clima tic change, cesium .137, labelling
INTRODUCCION
La erosión
es uno de los principales problemas ambientales a escala global. En la región
tropical, donde son frecuentes las lluvias intensas y donde muchos bosques han
sido talados y los suelos han quedado desprovistos de su cobertura protectora,
la erosión los ha transformado en semidesiertos [1].
Para evaluar y
rediseñar el sistema de manejo del suelo, para su sostenibilidad, es
fundamental cuantificar la erosión. La metodología basada en la
utilización de radiotrazadores para la cuantificación de la erosión
aventaja a los métodos tradicionales, ya que es un método directo
y dinámico. Esta técnica se ha aplicado en diversas regiones del
mundo, sin embargo existen muy pocos datos sobre su aplicación en la
región tropical [2].
En este trabajo
se muestran los resultados de la aplicación del
en la cuantificación de la erosión en suelos pertenecientes a
la zona tropical, en la provincia de Cienfuegos, en Cuba.
MÉTODO
Principio del
Método
El
es un radionúclido artificial que se fija fuertemente a las partículas
del suelo y sólo en su movimiento intervienen los procesos físicos,
mostrando que las pérdidas o ganancias de
están estrechamente relacionadas a pérdidas o ganancias respectivamente
de suelo [3]. El
es un radiotrazador sin igual para la cuantificación de la erosión
de los suelos [2,4-9].
La técnica
de cuantificación de la erosión aplicando al
como radiotrazador se basa en el establecimiento de los niveles de
en el lugar de estudio y en un sitio lo más cercano posible a este lugar,
que no se haya perturbado, llamado comúnmente sitio de referencia. Por
comparación del inventario total de
del sitio de estudio con el de referencia, se puede inferir si se trata de un
sitio erosionado o de depósito y mediante la aplicación de modelos
matemáticos correlacionar las pérdidas y ganancias de
con las de suelo.
Área
de Estudio
Para la validación
de la técnica se seleccionó la microcuenca de Barajagua, perteneciente
al macizo montañoso del Escambray en Cuba, con una evidente erosión
y también, porque aquí está ubicada una parcela de escurrimiento
que nos permitiría comparar nuestros resultados de la cuantificación
de la erosión usando el
como radiotrazador con los existentes obtenidos por esta parcela. La misma está
localizada en los 22°9'9"de Latitud Norte y a los 80°6'8"de
Longítud Oeste, a 120 metros sobre el nivel del mar.
El suelo de la
microcuenca # 2 de Barajagua está caracterizado como pardo grísáceo
típico (gleyic cambisol), cuya textura es de 61,7% de arena gruesa; 19,3%
de arena fina; 9,25% de limo y 9,67% de arcilla. Este suelo tiene 1,3% de materia
orgánica en su composición y una densidad aparente de 1,02 g..
Su área es de 0,36 ha y tiene una pendiente de un 12%. El clima de la
zona es subtropical, con un promedio de precipitaciones de 1200
.
Durante alrededor de 10 años, toda la zona de la cuenca ha sido cosechada
con cultivos varios de frijol y maíz principalmente y se ha utilizado
el arado de disco con una profundidad de la capa arable de 15 a 30 cm. Como
medida de conservación de los suelos se han construido terrazas.
Estrategia de
muestreo
Gracias a la poca
extensión territorial de la subcuenca de Barajagua y a la gran simplicidad
de la topografía, se decidió tomar las muestras de suelo con incrementos
en la profundidad a lo largo de un transepto simple que recorre la pendiente,
esto permitió además de determinar el inventario total de ,
estudiar su distribución en las diferentes capas del suelo.
Extensión
de la aplicación de la técnica a otros tipos de suelos
Con el objetivo
de desarrollar la metodología en otra zona de interés desde el
punto de vista de afectación por la erosión de los suelos de la
provincia y con otro tipo de suelo, se escogió una parcela de la Finca
Integral UBAC-Nicho en el municipio de Cumanayagua. Esta finca está enclavada
en la cuenca del Hanabanilla, con una altura media de 483,7 metros sobre el
nivel del mar y se localiza entre las coordenadas 22°2'35" y 22°2'49"
de latitud Norte y entre las coordenadas 80°6'11"y 80°6'32"de
longitud Oeste respectivamente. Esta finca ha sido cultivada por aproximadamente
40 años. El clima es tropical y las lluvias están en el orden
de los 1200 a 1300 .
Dentro de esta finca, se escogió para desarrollar la metodología
de cuantificación de la erosión una parcela dedicada al cultivo
del café de 1,12 ha. En este caso el muestreo se realizó en puntos
ubicados a una distancia equidistante de 17 m a lo largo de un transepto que
recorre la parcela ubicada en una elevación de 35% de pendiente.
Preparación
de las muestras
Todas las muestras
de suelo fueron ligeramente desagregadas y secadas en la estufa a 60°C por
un tiempo de 24 horas, se trituraron con ayuda de un mortero y luego se tamizaron
a través de una malla de 2 mm. Cada una de las fracciones fue pesada
y de la fracción fina se tomó una submuestra de 50 g aproximadamente,
para su posterior medición.
Medición
de las muestras y cálculo de actividades
Todas las muestras
se analizaron en un sistema espectrométrico gamma con detector HpGe,
previamente calibrado para determinar la actividad de
en la energía de 661,8 KeV de sus cuantos gamma. Como geometría
de medición se utilizó un envase cilíndrico plástico
hermético, de diámetro 54 mm y altura 20 mm, el cual se colocó
encima del detector. Durante la colección de los espectros se emplearon
tiempos de medición superiores a los 60 000 s. El procesamiento de los
espectros se realizó con el software SILENA, el cual incluye la identificación
de picos y cálculo de áreas. El cálculo de las actividades
se realizó con una hoja de cálculos confeccionada sobre Excel
y previamente validada. A partir de esta actividad se calculó el inventario
de
para cada muestra de suelo correspondiente a una profundidad de suelo dada,
según la ecuación [1].
1M= (AESM * CPF)
/ ASH
Donde:
1M: inventario de
de la muestra (Bq/ m2)
AESM: actividad específica de la submuestra
entregada para el análisis espectrométrico Bq/Kg).
CPF: peso corregido de la fracción fina de la muestra (Kg).
CPF = PT - PG
PT: peso total de la muestra seca.
PG: peso de la fracción gruesa.
ASH: área superficial horizontal de la submuestra.
RESULTADOS Y
DISCUSiÓN
En la tabla 1 se
presentan los resultados de la medición de la actividad específica
de
y el cálculo del inventario de referencia para ambos tipos de suelos
tropicales estudiados: pardogrisáceo típico y ferralítico
rojo. Se comprobó que los sitios de referencia seleccionados, sí
se corresponden con suelos no perturbados. Las actividades de
en los perfiles de suelos de referencia decrecen agudamente desde 16,85
en los primeros 7,5 cm hasta 2,45
en los 20 cm de profundidad, en el suelo pardo grisáceo típico
y desde 8,59
en los primeros 2,5 cm hasta 1,41
en los 17,5 cm de profundidad en el suelo ferralítico rojo. Debajo de
los 20 cm de profundidad no se encontró
.
En la figura 1
están representadas las distribuciones de la actividad del
con el incremento de la profundidad del suelo para el suelo pardo grisáceo
típico (gleyic cambisols), a la ízquierda y ferralítico
rojo (rhodio (erralsols), a la derecha. Comparando los inventarios totales de
referencia de
en estos sitios: 1200
90
(sitio 1) y 1400
90
(sitio 2), se estableció que el inventarío total de referencia
de
en Cuba, en la región del Caribe está en el orden de los 1300
90
.
La típica distribución con la profundidad del inventario de referencia
(tabla 1) muestra que la capa de 0-7,5 cm contiene 46,12% del inventario total
en el suelo tipo gleyic cambisols y 49,18% en el rhodio ferralsols. Esto se
debe a la fuerte retención del
por estos tipos de suelos en las capas superiores.
La actividad específica
de
y el inventario de
calculado para la microcuenca de Barajagua (cima, punto superior de la ladera,
punto inferior de la ladera y depósito de la pendiente), se reflejan
en la tabla 2.
A partir de estos
resultados se puede afirmar que los inventarios de
obtenidos en la microcuenca de Barajagua van desde un mínimo de 200
50
hasta un máximo de 2100
80
.
La cima de la subcuenca constituye el punto más afectado por la erosión.
En los primeros 15 cm de perfil de suelo, no se detectan contenidos de
,es
decir, los inventarios de
son prácticamente nulos, lo que significa, que se ha perdido casi totalmente
todo este perfil de suelo. Solamente en las capas correspondientes a los 20
y 25 cm de profundidad se detectaron niveles de
,
reflejando cierta homogeneidad en los contenidos de
,
debido al laboreo del arado.
Al comparar los
inventarios totales del
de los diferentes puntos ubicados a lo largo de la pendiente se concluyó,
que en la cima existe el menor inventario de
,lo que manifiesta el predominio del proceso erosivo. A medida que descendemos
por la ladera, los contenidos de
van aumentando, demostrando asi, que a pesar de predominar la erosión
(los inventarios de estos puntos: 800
90
y 1100
90
son menores que el inventario de referencia: 1300
90
),
ha existido cierto depósito de suelo proveniente de las capas
superiores y es por eso que los inventarios de
son superiores al de la cima.
Comparando el valor
del inventario total de
para la base de la pendiente: 2100
80
con el valor del inventario total del sitio de referencia: 1300
90
,
se reafirma que este punto es un sitio de depósito, ya que el inventario
en la base prácticamente duplica el inventario de referencia.
Finalmente, se
aplicó el Modelo Proporcional, ampliamente usado para estimar las tasas
de erosión en suelos cultivados [5]; obteniendo asi las tasas de redistribuciones
de suelo y la distribución espacial en la microcuenca de Barajagua (tabla
3). Según los resultados de la cuantificación de la erosión
de los suelos de la parcela de estudio ubicada en la microcuenca # 2 de Barajagua,
usando el
como radiotrazador y aplicando el Modelo Proporcional, se han perdido como promedio
de los últimos 50 años, 37,00
0,80
de suelo.
De la comparación
de estos resultados con los reportados para esta subcuenca por la Estación
Experimental de Suelos de Barajagua utilizando parcelas de escurrimiento, se
concluye que hay una buena correspondencia. La Estación ha reportado
valores de erosión entre 25
y 55
,
para un promedio de 40
.
El valor obtenido
aplicando la técnica nuclear 37,00
0,80
,
se encuentra dentro del intervalo reportado por la Estación y muy próximo
al valor promedio reportado. Esto demuestra lafactibilidad de la técnica
que usa el
como radiotrazador
para cuantificar las pérdidas de suelo en la región tropical y
la validez de la metodología y el modelo matemático empleado en
este caso.
Los resultados
obtenidos en la extensión de la aplicación del
para la cuantificación de la erosión en otro tipo de suelo tropical,
se presentan en la tabla 4, así como los inventarias de
en los puntos de muestreo de la Finca Integral UBAC-Nicho con suelo tipo rhodio
ferra/so/s.
En la tabla 5 se reportan los valores de las estimaciones de pérdidas de suelo y depósito, aplicando el modelo de Ritchie [8] y de Aproximación Gravimétrica [10].
Las primeras estimaciones
de pérdidas de suelo y de depósito de la zona de estudio (Finca
Integral UBAC-Nicho) se han realizado, utilizando dos modelos: uno empirico,
Ritchie [8] y otro teórico, Aproximación Gravimétrica [10].
En este caso no fue recomendable utilizar el Modelo Proporcional (aplicado en
las estimaciones de pérdidas de suelo en Barajagua), porque a pesar de
ser la parcela estudiada un suelo cultivado, no se utiliza el arado en el cultivo
de café y por tanto no es válida una de las consideraciones del
Modelo Proporcional que es la homogenización de los contenidos de
en la profundidad del arado.
De las estimaciones
de pérdidas de suelo utilizando los modelos de Aproximación Gravimétrica
y el Modelo de Ritchie se enuncian pérdidas considerables de tierra:
170 9
t/ha.año.
Estos valores constituyen
una señal de alerta de la magnitud de los procesos erosivos en las montañas
del Escambray y una justificación para estudios futuros de cuantificación
de pérdidas de suelo aplicando esta técnica nuclear.
CONCLUSIONES
. Se demuestra
la aplicabilidad y factibilidad del uso del
para cuantificar las pérdidas de suelo en la región tropical.
Estos resultados enriquecen el conocimiento de la aplicación de la técnica
para la zona tropical.
. Se establece experimentalmente que el inventario total de
en el área, es del orden de los 1300
90
,
este dato es de gran importancia, además, para el control radiológico
del país.
. Se logra cuantificar las pérdidas de suelo en sitios de interés;
se confirman pérdidas de suelo en la microcuenca # 2 de Barajagua de
37,0
0,8
y para el caso de la Finca Integral UBAC-Nicho, estas primeras
estimaciones de pérdidas medias de suelo de 170
9
alertan de pérdidas considerables de suelo.
. La validación de esta tecnología tributa a la conservación
y mejoramiento de los suelos posibilitando un diagnóstico rápido
y confiable de la cuantificación del impacto de la erosión, permitiendo
el rediseño oportuno del manejo de la tierra y la implementación
rápida de medidas antierosivas.
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