EVALUACIÓN CARTOGRÁFICA DE LA EROSIÓN HÍDRICA EN LA REPÚBLICA MEXICANA, ESCALA 1:

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1 SMCS, AC 50 años haciendo historia. Promueve vida, conserva suelo Zacatecas, Zac., México 11 al 16de noviembre de 2012 EVALUACIÓN CARTOGRÁFICA DE LA EROSIÓN HÍDRICA EN LA REPÚBLICA MEXICANA, ESCALA 1: Cortés-Becerra, J. 1 ; Torres-Cedillo, L 1,2 1 Manejo Integral de Cuencas, S.A. de C.V., Texcoco, Edo. México 2 Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Suelos, Texcoco, Edo. México * Autor responsable: jcortesbecerra@gmail.com; jcortes@micas-cuencas.com; Pino Suárez Mz. 15, Lt. 19, Col, Nezahualcoyotl, Texcoco, Estado de México, CP 56234; tel: Resumen La erosión hídrica representa una de las principales causas de degradación de suelos en México, por tanto es importante contar con la distribución espacial a gran escala de dicho fenómeno. En el presente estudio, se realizó la evaluación de la pérdida de suelos por erosión hídrica por medio de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE, por sus siglas en inglés), se desarrolló la metodología seguida por SEMARNAT-UACH, (2002), incorporando valores de pérdida de suelo mensual. Los factores considerados por RUSLE se estimaron de la siguiente manera: Para la erosividad de la lluvia (R), se partió de los resultados del análisis realizado por Cortés, et. al, (1991), obteniendo para ello un mapa de la distribución espacial y temporal de la precipitación media mensual; el factor erodabilidad del suelo (K), se generó a partir de la metodología propuesta por Figueroa, et. al., (1991), asignando valores de erodabilidad al mapa de suelos escala 1: y 1: (INIFAP-CONABIO, 1995); los factores por longitud e inclinación de la pendiente (L y S), se derivaron del Continuo de Elevaciones Mexicano versión 2.0, (INEGI, 2011); el factor de cobertura vegetal (C), se derivó del análisis temporal de imágenes de sensores remotos. Los resultados del modelo indican que en los Estados de Oaxaca, Guerrero, Chiapas y parte de Veracruz y Puebla, presentan mayor potencial de erosión que el resto del país. Palabras clave RUSLE, Erosión de suelos, Sistemas de Información Geográfica Introducción El evaluar la pérdida de suelos por erosión hídrica en México, representa encontrarse con la falta de información específica, medida, disponible y sobre todo adecuada para representar la diversidad de condiciones edáficas, climáticas, topográficas y de cobertura vegetal que se encuentran en el país. Sin embargo, es importante conocer la condición actual del recurso suelo. El presente análisis, se realizó a nivel cartográfico, buscando obtener estimaciones precisas del comportamiento de la erosión hídrica. Además de dar continuidad a evaluaciones previas realizadas referidas al tema, debido a que la erosión provocada por la lluvia y escurrimiento es reconocida como uno de los principales problemas de degradación de suelos en México, SEMARNAT,

2 Los sedimentos suspendidos en ríos y cuerpos de agua (continentales) afectan los aprovechamientos hídricos y la viabilidad de ecosistemas. En altas concentraciones los sedimentos, aumentan la turbidez de los cauces, inhiben la respiración de los organismos y el agua requiere de tratamiento para el consumo humano. Para reducir el efecto sobre la disminución de la productividad de los suelos, la calidad de agua y optimizar recursos para la conservación de los suelos, es esencial identificar el patrón de distribución de áreas de riesgo y sitios de aportación de sedimentos para asociarlos a líneas de investigación detalladas en dichas zonas. Además, un prerrequisito básico para entender las consecuencias de cambio de uso de suelo y el efecto del clima sobre las tasas de erosión hídrica, es el conocimiento de fuentes y tasas de pérdida de suelos bajo las condiciones actuales de uso de suelo y climáticas. Para el presente trabajo, dada la disponibilidad de información libre en internet, se eligió la escala de trabajo en 1: , abarcando la totalidad de la superficie continental de México, empleando una versión simplificada de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelos Revisada (RUSLE, por sus siglas en inglés), la cual ha sido ampliamente usada alrededor del mundo; para México, se han hecho investigaciones en lotes de escurrimiento establecidos desde los años 70, con el fin de adaptar la metodología de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelos (USLE), así como RUSLE a las condiciones del País. Entre las ventajas del uso de RUSLE, por un lado, requiere una cantidad moderada de parámetros que pueden ser derivados para la totalidad de la superficie de México, basados en trabajos de investigación previos, así como información cartográfica disponible. Además que mediante técnicas de mapas raster basados en sistemas de información geográfica (SIG), RUSLE proporciona la erosión celda a celda y puede emplearse para mapear patrones espaciales. Por otro lado, permite el análisis del papel de los factores individuales que contribuyen en el proceso de erosión. Materiales y Métodos En el presente trabajo, se presenta un marco para el modelado espacial de la erosión hídrica en México a partir de información disponible de forma libre en internet, se realizó una busqueda de fuentes, las cuales se mencionan a continuación: 1. Información diaria de precipitación, temperatura máxima y temperatura minima de (Fuente: Servicio Meteorológico Nacional de México) 2. Información de precipitación cada 5 minutos de estaciones automatizadas. (Fuente, North American Monsoon Experiment) 3. Mapa edafológico, escala 1: y 1: , (Fuente: INIFAP-CONABIO, 1995) 4. Continuo de Elevación Digital de México, Versión 2 (CEM, v.2), (Fuente: INEGI, 2011) 4. Mosaico de imágenes de satélite LANDSAT (Fuente: MDA Federal (2004), LandsatGeoCover ETM+ 2000,.ETM-EarthSat-MrSID, 1.0, USGS) 5. Indices de Vegetación Normalizado, (Fuente: MODIS-TERRA, periodo ). Inventario Nacional Forestal Serie III, (Fuente: INEGI) RUSLE calcula la pérdida anual de suelos (A, t ha -1 año -1 ) a partir del producto de seis factores: erosividad de la lluvia (Factor R), erodabilidad del suelo (Factor K), longitud de la pendiente (Factor L), inclinación de la pendiente (Factor S), cobertura vegetal (Factor C) y prácticas encaminadas al

3 control de la erosión hídrica (Factor P), para el caso de este ultimo factor, debido a la falta de información a nivel de detalle, se asignó un valor de 1, para todo el territorio: A = R K L S C P Regularmente, se emplean los valores medios anuales de erosividad de la lluvia y el factor de cobertura vegetal en la aplicación directa de RUSLE, lo cual a menudo deja de lado importantes patrones estacionales de erosividad y cobertura. La problemática de la aplicación estándar del modelo RUSLE por medio de valores anuales, es el régimen estacionario de la lluvia. Para representar el potencial erosivo de la lluvia para cada periodo, en este trabajo, se aplica el modelo RUSLE sobre una base promedio mensual mediante la estimación de la erosividad de la lluvia y cobertura vegetal para cada mes. Se puede demostrar que al incorporar los efectos estacionales, reduce de manera prevista la pérdida anual de suelo en los trópicos en un factor de 1.5, (Hua Lu, et. al., 2003). Al incorporar valores mensuales de los factores R y C a RUSLE, se puede calcular como: Aj = Rj K L S Cj (1) Donde: Cj = ( ),Rj y SLRj, es el factor cobertura vegetal, erosividad de la lluvia y la relación de pérdida de suelo, respectivamente, para el mes j. Posteriormente, se describe el procedimiento para la obtención de los factores de la ecuación 1. El proceso de cálculo se realizó por medio de capas en formato raster, estimando valores de cada factor de RUSLE para cada celda. La resolución empleada para cada caso, se determinó a partir de la información base empleada. Específicamente, para el factor R, para el factor C y para el Factor LS, para el caso del factor K, se realizó un mapa raster con resolución de (resolución final). Los mapas resultantes, se transformaron a la resolución final de Se usó la opción bilinear para transformar la resolución de los factores R, L, S y para el caso del factor C, se empleó nereastneighbour. Las imágenes de resolución homogénea, se emplearon para obtener la erosión mensual (t ha -1 año -1 ). La erosión anual es el resultado de la suma de las 12 capas de erosión mensual. Erosividad de la lluvia (R) El proceso seguido para el cálculo del Factor R se muestra en la Figura 1, por un lado, fue necesario realizar la cartografía de la distribución espacial y temporal de la lluvia en México a partir de la zonificación, se empleó la información diaria de temperatura máxima, mínima y precipitación de las estaciones reportadas por el Servicio Meteorológico Nacional de México (SMN), de las cuales se consideraron las que presentaran más de 20 años de información. Se consideraron los aspectos de relieve para obtener una regionalización y con esta definir la existencia o ausencia de relaciones entre la elevación y la precipitación. Se obtuvo un mapa identificando las áreas con influencia del relieve, así como 164 ecuaciones de regresión que permitieron obtener la distribución de lluvia usando como base el modelo digital de elevación (MDE) GTOPO (USGS, 1996), con resolución aproximada de 1 Km. La distribución de la precipitación en zonas sin influencia del relieve se obtuvo mediante interpolación por Kriging. Finalmente el Factor R fue estimado tomando como base los trabajos de Cortés, et. al., (1991), SEMARNAT-UACH, (2002) y CONAGUA-CP, (2009).

4 Figura 1. Proceso para la obtención del factor erosividad de la lluvia (R) Erodabilidad del suelo (K) Los valores de la susceptibilidad del suelo a ser erosionado, (erodabilidad), se asignaron a partir de información tabular (Figueroa, et. al. 1991), con base en las unidades cartográficas del mapa edafológico de INIFAP-CONABIO, (1995), el cual es el conjunto de la información edafológica de México a escala 1: y 1: Longitud de la pendiente (L) y grado de la pendiente (S) Los factores L y S comúnmente se combinan refiriéndose a ellos como el factor por longitud e inclinación de la pendiente, conformando entre ellos los dos una cobertura, a la que se pudiera llamar efecto de la pendiente, sin embargo, la estimación de cada uno se realizó de forma independiente derivado del Continuo de Elevaciones Mexicano versión 2, el cual tiene una resolución aproximada de 30 metros. La ecuación que define al Factor L, (Wischmeier y Smith,1978), es: m (2) L 22.2 Donde: L es el factor longitud de la pendiente (adimensional); es la longitud de la pendiente en metros, m es un exponente que depende del grado de la pendiente. El valor del exponente m se puede estimar con la relación propuesta por Foster et al; (1977). m /( 1 ) (3) El valor de para condiciones donde el suelo es moderadamente susceptible a la erosión en canalillos y entre canalillos, puede ser calculado con la relación propuesta por McCool et al., (1989). (4) 0.8 ( sen / ) / 3.0( sen ) 0.56 donde: es el ángulo de la pendiente.

5 Cuando las condiciones del suelo favorecen la erosión en canalillos y entre canalillos, el valor de se multiplica por dos antes de aplicarlos en la relación para estimar el valor del exponente m. Para el caso de terrenos en los que la relación de pérdida de suelo en canalillos y entre canalillos es menor, el valor de es dividido por dos (Figueroa, et al, 1991). Para el factor S, el efecto de la inclinación de la pendiente está definido por las ecuaciones establecidas por McCool, (1987) en diferentes condiciones de pendiente. S = 10.8 sen para pendientes menores a 9% (5) S = 16.8 sen para pendientes mayores o iguales a 9% (6) Cobertura vegetal (C) El factor por cobertura vegetal y manejo de cultivos C, refleja el efecto de la vegetación natural en los cultivos y las prácticas de manejo de los mismos sobre la erosión. Es el cociente que se obtiene al dividir la pérdida de suelo obtenida en un terreno con cierto manejo del cultivo entre la pérdida obtenida para el mismo terreno bajo cultivo continuo, (Figueroa et al; 1991). Por lo que el valor de C depende, entre otros parámetros, del tipo de cubierta vegetal y de la densidad de la misma. La Figura 2, muestra el proceso seguido para la obtención de los valores del Factor C. Se partió de la combinación de la clasificación de imágenes de satélite LANDSAT, dicha clasificación se combinó con la información de Inventario Nacional Forestal, para obtener los tipos de cobertura vegetal, diferenciando entre los tipos perennes y estacionales. Por otro lado, se realizó el análisis temporal de los índices de vegetación normalizado (NDVI), para obtener valores promedio mensuales del período 2003 a Se generaron mapas mensuales de la distribución de la cobertura vegetal a partir de la combinación entre los tipos de cobertura y los valores promedio de NDVI. Para posteriormente obtener la relación de pérdida de suelo mensual y el valor factor Cj, a partir de los valores de erosividad de la lluvia, de acuerdo a la ecuación 1 Figura 2. Proceso para la obtención del factor de cobertura vegetal

6 Resultados y Discusión Obtención de los factores de RUSLE. Las Figuras 3, 4, 5 y 6, muestran la distribución espacial de los factores erosividad de la lluvia a nivel mensual y anual (R), erodabilidad del suelo (K), Longitud e inclinación de la pendiente (LS) y de cobertura vegetal mensual y promedio anual (C). Figura 3. Distribución mensual y anual de la erosividad de la lluvia en México. Figura 4. Distribución del factor erodabilidad del suelo

7 Figura 5. Distribución del factor longitud e inclinación de la pendiente Figura 6. Distribución del factor cobertura vegetal Erosión hídrica actual Para representar la distribución de la erosión hídrica, se separaron en 10 intervalos de pérdida de suelo, diferenciados en 7 categorías de erosión, dicha separación es de acuerdo a las clases en que se presentaron los valores por SEMARNAT-UACH, (2002) lo que hace posible realizar comparaciones entre los dos estudios. La Figura 7, muestra la distribución espacial de la erosión hídrica a nivel mensual y anual, los Estados de la República que presentan mayor grado de erosión, son Oaxaca, Guerrero, Chiapas y porciones de los Estados de Veracruz, Jalisco y Nayarit, dichas

8 áreas pertenecen a las cuencas de los ríos: Balsas, Grijalva-Usumacinta, Tuxpan, Tecolutla, Ameca y Santiago. Figura 7. Distribución de la erosión hídrica en la República Mexicana En cuanto a la superficie afectada a nivel nacional, los resultados reflejan que alrededor de Km 2, (37%) del territorio presenta algún grado de erosión, destaca que el 19.58% se encuentra en la categoría de moderada, en parte dicho valor es debido al intervalo que se consideró (10 a 50 t ha-1 año-1). En la Figura 8, se muestra de manera gráfica los valores de pérdida de suelo obtenidos, en el Cuadro 1, se presenta a mayor detalle la superficie afectada dentro de los intervalos y clases. Figura 8. Distribución gráfica de las categorías de erosión hídrica Cuadro 1. Categorías e intervalos de erosión hídrica resultado del presente trabajo

9 Intervalo de erosión (t ha -1 año -1 ) Por ciento de la superficie Superficie (miles de Km 2 ) Categoría Por ciento de la superficie menor de nula a no apreciable a ligera a moderada a a a alta a a muy alta 0.66 mayor de extrema 1.03 Total ** **Fuente: INEGI, mapserver.ineg.org.mx/geografia/espanol/datosgeogra/extterri/frontera.cmf?s=geo&c=920 Al realizar la comparación entre los resultados obtenidos en el presente trabajo y los reportados por SEMARNAT-UACH, (2002), Cuadro 2, la comparación es mediante las categorías, la suma de nula y no apreciable en el presente, representan el intervalo de la clase nula (menor de 5 t ha -1 año -1 ) generada por SEMARNAT-UACH, (2002), la diferencia es de alrededor de 5% más superficie ocupada por dicha categoría, ya que mientras en el año 2002 se reporta una superficie de aproximadamente 42% afectada por erosión, como se mencionó anteriormente, de acuerdo a los resultados obtenidos, se tiene un 37% de afectación en algún grado, por erosión. Cuadro 2. Categorías e intervalos de erosión hídrica reportados por SEMARNAT-UACH, (2002) Intervalo de erosión (t ha -1 año -1 ) Categoría Por ciento Superficie (miles de Km 2 ) menor de 5 nula a 10 ligera a 50 moderada a 200 alta mayor de 200 muy alta Total Conclusiones A partir de información disponible en internet, fue posible evaluar la erosión hídrica a nivel cartográfico para la República Mexicana, a escala 1: De esto se desprende que alrededor del 37% del territorio nacional presenta algún grado de erosión, de las clases establecidas, el grado de erosión moderado (10 a 50 t ha -1 año -1 ) ocupa alrededor del 19.58% de la superficie, similar a lo reportado en el año 2002 con esa misma categoría, dado que en la evaluación a escala 1: , el 20.48% de la superficie, presenta erosión moderada. Sin embargo, en 2002, SEMARNAT-UACH, menciona que el 42 % de la superficie presenta algún grado de erosión.

10 Los resultados obtenidos en el presente trabajo en cuanto a la distribución y superficie afectada por erosión hídrica en México, representan una superficie menor a los generados por SEMARNAT-UACH, (2002). Lo anterior corrobora lo mencionado en la literatura, referente a que al contar con un mayor detalle en la información disponible, al aplicar el modelo RUSLE, disminuirá la superficie afectada. Por medio del modelo RUSLE, empleando sistemas de información geográfica y de sensores remotos, es posible identificar las áreas de aporte de sedimentos, por tanto representa una herramienta importante para la identificación de patrones de erosión hídrica que sean empleados en la priorización de actividades encaminadas a la conservación del recurso suelo. A partir de la cartografía de la distribución espacial y temporal de la lluvia para la obtención del factor R, se observó un amplio panorama para mejorar dicha cobertura, siempre y cuando se cuente con información meteorológica de estaciones automatizadas, principalmente para la estimación de dicho factor a partir del análisis de intensidad de la lluvia. Agradecimientos La información empleada como base para la realización del presente trabajo, fue obtenida por medio de los portales de internet correspondientes a diversas instituciones, gubernamentales de México y de Estados Unidos de Norteamérica. El agradecimiento es dirigido a dichas instituciones. Bibliografía Cortés B. J., Torres B. E., Tavarez E. C., Tores C. L., Estimación del Factor LS de la EUPS mediante dos algoritmos a partir del MDE en la Cuenca del Río Texcoco. Memorias del Congreso Nacional de la Ciencia del Suelo, León, Guanajuato. Cortés T. H. G, Caracterización de la erosividad de la lluvia en México utilizando métodos multivariados. Tesis M. C. Colegio de postgraduados, Montecillos, México CNA-CP Elaboración del plan de manejo integral de la cuenca del Cañón del Sumidero, Chiapas. Montecillo, Texcoco, Estado de México. Elizararás, R. J. L., 2004, Comparación de cuatro metodologías para la obtención del factor LS de la EUPS en la Cuenca del Río Texcoco utilizando sistemas de información geográfica., Tesis Profesional, Departamento de Suelos, Universidad Autónoma Chapingo, Chapingo, Edo. México. Figueroa S. B Pérdidas de suelo y nutrimentos y su relación con el uso del suelo en la cuenca del Río Texcoco. Tesis de maestría. Colegio de Postgraduados. Motecillos; México. Figueroa S. B. et al Manual de pérdidas de suelo por erosión. CREZAS. C.P. SARH. Foster, G. R., L. D. Meyer and C. A. Onstad A runoff erosivity factor and variable slope length exponents for soil loss estimates. Trans. ASAE. 20:(4):

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