Sistemas de Inmación geográfica en la evaluación de la erosión hídrica en badajoz-españa aplicando la metodología usle

María F. Rodríguez*, Adriana Florentino**,

Juan Gallardo*** y Roberto de Antonio García***

RESUMEN

En el presente trabajo se evaluó la erosión hídrica de los suelos de un área de la Provincia de Badajoz-España, con la aplicación de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE), que permite calcular los distintos niveles de pérdidas en Mg ha-1 año-1. Se definieron ocho unidades de suelo tomando en cuenta el paisaje, considerando la litología y las regiones fisiográficas. Los factores considerados fueron: la erosividad de la lluvia (factor R), la erosionabilidad del suelo (factor K), la longitud y grado de la pendiente (factor LS) y la cobertura y manejo del suelo (factor C). Se utilizaron los SIG ARC/INFO v. 3,4 e IDRISI v. 2,0; como herramientas para el análisis y representación de la erosión en dichas unidades. Se evidenciaron pérdidas de suelos inferiores a 25 Mg ha-1 año-1 en 79,8% de la superficie. La aplicación de la USLE muestra que 53% de la zona en estudio tiene una tasa de erosión de 10 Mg ha-1 año-1 por debajo del nivel de tolerancia, según lo establecido por el ICONA en el año 1991, el cual es de 12,5 Mg ha-1 año-1. La superficie que corresponde a Sierras y Montes (27%), tiene una tasa de erosión entre 10 y 25 Mg ha-1 año-1; el 20% restantes corresponde a pérdidas por erosión mayores de 25 Mg ha-1 año-1. El empleo de los SIG demostró la utilidad de esta tecnología en el análisis, evaluación y representación de la distribución espacial de la erosión hídrica de estos suelos.

Palabras Clave: Erosión; USLE; SIG; suelo; España.

SUMMARY   

The aim of this study was to evaluate the loss of soils by hydric erosion in an area of Badajoz Province, Spain, by using the Universal Soil Loss Equation (USLE), which allows to determine several losses levels, in Mg ha-1 yr-1. Eight soil units were defined in the area, taking in account the landscape, lithology and physiographical regions. Four factors were taking in account: rainfaill erosivity (R), soil erodibility (K), length and slope degree (LS), and coverage and soil management (C). The ARC/INFO v. 3.4 and IDRISI v. 2.0 GIS programs were used to analyze and to represent soil losses in the different units of soil. The results showed that the soil loss was under 25 Mg ha-1 yr-1 in 79.8% of the area. USLE showed that 53% of the area had an erosion rate of 10 Mg ha-1 yr-1, which is under the tolerance level (12.5 Mg ha-1 yr-1) suggested by ICONA (1991). The Sierras and Mountains area (27%) had an erosion rate between 10 and 25 Mg ha-1 yr-1; and the remaining 20% of the evaluate area had erosion loss greater than 25 Mg ha-1 yr-1. The GIS program showed a great value to be used in analysing, and in picturing the spatial distribution of soil loss by hydric erosion in these soils.   

Key Words: Erosion; USLE; GIS; soil; Spain.

INTRODUCCIÓN

La degradación de los suelos por erosión hídrica es uno de los procesos más importantes en la pérdida de la capacidad productiva de la tierra. En la estimación de este proceso degradativo, en términos de pérdida de suelo, se han desarrollado y diseñado una serie de procedimientos y modelos. Un modelo paramétrico que pretende interpretar los mecanismos erosivos por causas y efectos, de mayor aceptación y más amplia aplicación es la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE). La incorporación de los sistemas de información geográfica (SIG) a este tipo de estudios permite con técnicas modernas un mejor análisis y representación de la información georeferenciada.

Autores como De Antonio (1994), Jager (1994), Montes et al. (2001), Araneda et al. (2002) y Geler et al. (2004) han empleado los SIG para el cálculo y representación de la tasa de pérdida de suelo por erosión. La aplicación de la USLE conjuntamente con esta herramienta revela que su uso es muy adecuado para la evaluación de dicho proceso, facilitando el análisis de la información espacial y proporcionando resultados confiables, además de permitir su representación en mapas de riesgos de erosión, lo que permite asumir medidas preventivas.

En este estudio se realizó el cálculo de la erosión hídrica de un área de la Provincia de Badajoz, mediante la aplicación de la USLE, utilizando los SIG como herramienta para la generación de mapas de pérdidas de suelo por erosión.

MATERIALES Y MÉTODOS

Ámbito Geográfico

El área de estudio, con una extensión de 280.900 ha, se desarrolló en la Comunidad Autónoma de Extremadura, Provincia de Badajoz-España, cuyas coordenadas geográficas son 38° 20’ N y 6° 51’ W. La altitud media es de 500 m.s.n.m. y los paisajes predominantes son Sierras y Montes, Campiña. El clima, según la clasificación de Papadakis, es Mediterráneo Sub-Tropical, con precipitación media anual entre 458 y 680 mm y temperatura media anual mínima de 15 a 17 °C y 23 °C la máxima.

Definición de las unidades de suelo

Se definieron ocho unidades de suelo (Cuadro 1), tomando en cuenta los paisajes predominantes, considerando la litología y las regiones fisiográficas (Figura 1).

Cuadro 1. Características de las unidades de suelo.

Suelos Aluviales. Paisaje: Campiña con superficies llanas. Jóvenes, pobres en nutrimentos. Explotación: herbáceos en regadío por gravedad.

 Figura 1. Unidades de suelo del área de estudio.

Muestreo de campo

Se realizó un muestreo por áreas análogas (Ovalles, 1999; Crepín, 1993), para la determinación de los parámetros necesarios para la determinación de la erosionabilidad del suelo. Las muestras fueron georeferenciadas con sistema de posicionamiento global (GPS).

Sistema de Información Geográfica y equipo informático utilizado

Se utilizó el SIG ARC/INFO v. 3,4 para la digitalización vectorial de la información y el SIG IDRISI v. 2,0 para el análisis y representación de los resultados. El equipo informático utilizado fue un Pc Pentium II, disco duro de 3,5 Gygabites, 64 Mbytes RAM, una tabla digitalizadora Kurta DINA0 y un Trazador de planos (Plotter).

Introducción y gestión de la información espacial

La captación de la información espacial se realizó digitalizando, en forma vectorial, la información de suelo, vegetación y curvas de nivel, que luego fue transformada en formato raster. La proyección fue en coordenadas UTM y el tamaño de la celda utilizado una hectárea, quedando conformada una imagen de 530 filas x 530 columnas.

Determinación de parámetros de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo USLE

Para aplicar el modelo erosivo se adaptó la información base para obtener los factores de erosividad de la lluvia, erosionabilidad del suelo, longitud y pendiente de la ladera, cultivo y manejo del suelo. Para el factor prácticas de conservación se fijó el valor de uno (P=1), por no contar con información suficiente. La ecuación y las unidades aplicadas fueron:

A = R · K · L · S · C · P

Donde:

A = Pérdida media anual de suelo (Mg ha-1 año-1)

R = Factor de erosividad de la lluvia(MJ cm ha-1 h-1 año-1)

K = Factor de erosionabilidad del suelo (Mg ha-1 h MJ-1 cm-1 ha)

L = Factor de longitud de la ladera (adimensional)

S = Factor de pendiente de la ladera (adimensional)

C = Factor cobertura y manejo del suelo (adimensional)

P = Factor prácticas de conservación (adimensional)

Cada uno de los factores requirió un tratamiento diferenciado para obtener, como resultado final, el mapa que representa las pérdidas de suelo por erosión.

Erosividad de la lluvia (Factor R)

Se obtuvo aplicando el método propuesto por ICONA (1988), que correlaciona R con el índice de agresividad climática "F" de Fournier, mediante una ecuación que se adapta a la zona de estudio:

R = 2,56 · (F) 1,065

F = Índice de Fournier modificado

F = 1/n · S (pi2/Pi)

n = Número de años de la serie de precipitación

pi = Precipitación del mes más lluvioso del año "i" (mm)

Pi = Precipitación total anual del año "i" (mm)

Los valores de R se calcularon para cada una de las diez estaciones meteorológicas representativas del área de trabajo, y por interpolación de los valores R de las estaciones, se obtuvo el mapa de erosividad de la lluvia.

Erosionabilidad del suelo (Factor K)

Este factor representa la susceptibilidad del suelo a la erosión hídrica. Para su cálculo se utilizaron los resultados de las muestras de suelo analizadas aplicando el Nomograma de erosionabilidad de Wischmeier et al. (1971).

Los parámetros utilizados para la determinación fueron:

• Contenido (%) de limo + arena muy fina

• Contenido (%) de arena > 0,1 mm

• Contenido (%) de MO

• Estructura del suelo (Wischmeier et al., 1971)

• Permeabilidad (Wischmeier et al., 1971)

Una vez obtenidos los valores de K en cada punto de muestreo, se asignó a cada unidad de suelo el valor medio. Con el SIG IDRISI se clasificó la imagen de unidades de suelo, asignándole para cada unidad el valor de K correspondiente. Como resultado se obtuvo el mapa de erosionabilidad del área de estudio.

Longitud y Pendiente de la Ladera. Factor LS

El factor topográfico LS de la USLE se calculó utilizando la fórmula de Wischmeier y Smith (1978):

LS = [x/22,13]m · [65,41 · sen2q + 4,56· senq + 0,065] 

x = longitud de la ladera (metros)

q = pendiente de la ladera (grados)

s = pendiente (%)

m = exponente cuyos valores se reflejan en el Cuadro 2.

Para la determinación de este factor fue necesario conocer las pendientes. El mapa de pendientes se obtuvo a partir del Modelo Digital del Terreno (MDT), el cual parte de la información contenida en la cobertura de curvas de nivel, y que mediante el proceso de interpolación resulta una imagen que tiene como atributo en cada una de las celdas, el valor de altitud sobre el nivel del mar.

El MDT se observa en dos o tres dimensiones. La imagen plana (Figura 2) y la tridimensional (Figura 3). Este, permite superponer una segunda imagen sobre el MDT permitiendo distinguir mejor el relieve.

Para conseguir la imagen con los valores del factor LS del modelo se procedió del siguiente modo:

Con el SIG IDRISI se obtienen dos imágenes de pendiente, una expresada en porcentaje y otra en grados. A estas dos imágenes se les aplicó una serie de operaciones lógicas (fórmula Wischmeier, 1978) donde primero se dividieron los valores de longitud de la ladera (metros) entre 22,13, elevándose a un exponente "m" dependiendo de los valores correspondientes al valor S (%), de estas operaciones resultó una imagen; luego se determinó la otra parte de la fórmula [65,41·sen2q + 4,56·senq + 0,065] y se obtuvo otra imagen con esos valores para finalmente proceder a multiplicar las dos imágenes a través de la sobreposición y reclasificación de las mismas, obteniendo como producto final un mapa final que expresa el factor LS correspondiente al área de estudio (Cuadro 2).

Cuadro 2. Valores del exponente m.

Figura 2. Modelo Digital de Terreno. Imagen bidimensional de altitudes cada 100 m.

	   			 Manejo del Cultivo. Factor C

Los valores del factor C de uso del suelo se deducen de la cobertura de usos del suelo, para ello se utilizaron los valores medios adoptados por el ICONA (1982) tal como se aprecia en el Cuadro 3.

En el SIG se asignó cada valor de "C" a la imagen que contiene los usos del área de estudio. El resultado fue la imagen que contiene el valor del factor de manejo del cultivo "C" correspondiente a la vegetación de cada celda.

Para la determinación de este factor también se utilizaron otras metodologías, con la finalidad de hacer una comparación con la anteriormente mencionada. Para los casos Cereal - Barbecho (secano) y Maíz – Cereal (regadío) se utilizaron las tablas presentadas por Moreira (1991), generadas de las tablas de Wischmeier (1965) para su adaptación a las condiciones españolas. Para Dehesa – Pastizal se aplicó el método de Wischmeier (1975).

Figura 3. Modelo Digital del Terreno visto en tres dimensiones.

Cuadro 3. Valores medios del factor “C” (ICONA 1982).

Estimación de las Pérdidas de Suelo

La erosión real, estimada mediante el modelo USLE y utilizando SIG geográfica se representa en una imagen que muestra la pérdida de suelo en Mg ha^-1 año^-1 en cada una de las celdas de una hectárea de superficie en que se ha dividido el área de estudio. El proceso para obtener la imagen anterior se resume en la Figura 4.

El análisis en el SIG comienza con la multiplicación de la imagen que contiene el factor de erosividad (R) con la que contiene los datos de erosionabilidad (K), obteniendo una imagen temporal. La imagen temporal, se multiplica a su vez por la que contiene el factor longitud y pendiente de la ladera (LS). El resultando (otra imagen temporal), se multiplica por el factor manejo del cultivo (C) logrando la imagen final de pérdidas por erosión hídrica. Para sintetizar el resultado se clasificó la imagen de pérdidas de suelo, con una adaptación de los rangos definidos por ICONA (1991) obteniendo al final la imagen con los distintos niveles erosivos (Cuadro 4).

Figura 4. Esquema de cálculo de pérdida de suelo mediante la USLE.

Cuadro 4. Niveles erosivos según las pérdidas de suelos (Adaptación clasificación ICONA 1991).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La estimación de los factores R, K, LS y C sirvió para hacer un diagnóstico sobre el riesgo de erosión hídrica de la zona, donde cada uno de ellos constituyó una capa de información, que al ser analizados con el SIG aplicando la fórmula USLE, dio como resultado final un mapa con las pérdidas de suelo en Mg ha^-1 año^-1 de la zona de estudio.

En el Cuadro 5 se observan los resultados del factor R, en cuanto a la erosividad de la lluvia, para cada estación meteorológica y además en la Figura 5 están representados gráficamente los valores para cada celda, donde los distintos colores muestran diferentes valores de erosividad.

Los resultados obtenidos por la erosionablidad del suelo para la determinación del factor K para cada unidad del suelo, se observan en el Cuadro 6. Estos resultados permitieron su representación espacial como lo muestra la Figura 6, donde las unidades 4 y 5 son las que presentan una menor susceptibilidad a la erosión y, por el contrario, las unidades 1 y 7 son las de mayor susceptibilidad.

Resultados del factor LS (longitud y pendiente de ladera).

Los resultados de este factor producto de la ecuación:

LS = [x/22,13]m · [65,41 · sen2q + 4,56 · senq + 0,065] 

es una imagen que expresa el valor del factor LS correspondiente a cada una de las celdas en que queda dividida el área de estudio (Figura 7).

Cuadro 5. Valores de R / Estación meteorológica.

Factor R (erosividad de la lluvia)

Figura 5. Vista tridimensional del área de estudio con valores de erosividad (factor R).

CUADRO 6. Resultados de K / unidad de suelo obtenidos de diferentes valores de cada punto de muestreo.

Figura 6. Mapa de erosionabilidad del suelo factor K (Mg ha^-1 h MJ^-1 cm^-1 ha).

Figura 7. Imagen factor LS.

Resultados del Factor C (Cultivo)

El cultivo como resultados obtenidos del factor "C", utilizando las diferentes metodologías se observan en el Cuadro 7. Estos valores permitieron que se hiciera una representación espacial de los mismos como se ve en la Figura 8.

Estimación del riesgo de erosión hídrica en el área de estudio

Después de la operación multiplicativa de los factores tomados en cuenta para esta evaluación, se obtuvo finalmente con el SIG IDRISI la imagen de riesgos de erosión hídrica, dividida en cinco niveles, donde puede observarse tanto en el Cuadro 8 como en la Figura 9 que 53% del área presenta pérdidas de suelos menores a 10 Mg ha^-1 año^-1. Esto hace correspondencia con la clasificación FAO/UNESCO (1989) que establece que esta zona de erosión. Alrededor de 27% tiene pérdidas entre 10 y 25 toneladas y el resto del área, es decir 20%, tienen pérdidas mayores a 25 Mg ha^-1 año^-1 , localizándose fundamentalmente en las zonas de Sierras y Montes. Estos resultados coinciden con los "Mapas de los Estados Erosivos" de la Cuenca Hidrográfica del Guadiana (ICONA, 1991) donde se obtuvieron valores de pérdidas de suelo por erosión hídrica similares.

Cuadro 7. Resultados del valor “C” mediante diferentes metodologías.

Figura 8. Mapa de Cultivos. (Factor C).				 							

Cuadro 8. Resultados de áreas afectadas según los riesgos de erosión.

Figura 9. Mapa de pérdidas de suelo por erosión (Mg ha^-1 año^-1).

CONCLUSIONES

- La aplicación de la USLE muestra que 53% de la zona en estudio tiene una tasa de erosión de 10 Mg ha^-1 año^-1 , por debajo del nivel de tolerancia, si se toma en cuenta el nivel de referencia propuesto por el ICONA (1991) que es de 12,5 Mg ha^-1 año^-1 . La superficie que corresponde fundamentalmente a Sierras y Montes (27%), tiene una tasa de erosión entre 10 y 25 Mg ha^-1 año^-1  y la superficie restantes (20%) corresponde a perdidas por erosión superiores de 25 Mg ha^-1 año^-1 .

- El empleo de los sistemas de información geográfica, demostró la utilidad de esta tecnología en el análisis, evaluación y representación de la distribución espacial de la erosión hídrica de estos suelos, permitiendo localizar geográficamente las áreas más afectadas.

- La sistematización a través de los SIG permite evaluar diferentes escenarios en cuanto a la aplicación de diferentes prácticas alternativas de conservación de suelos.

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