Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias ISSN: Universidad Agraria de La Habana Fructuoso Rodríguez Pérez.

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1 Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias ISSN: Universidad Agraria de La Habana Fructuoso Rodríguez Pérez Cuba Alonso Brito, Gustavo R.; Ruiz Pérez, María Elena; Schiettecatte, Wuoter; Díaz Suárez, Jorge; Almoza Hernández, Yeleine Estimación del riesgo de erosión laminar y en surcos en la subcuenca La Güira del río Cuyaguateje Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 16, núm. 4, 2007, pp Universidad Agraria de La Habana Fructuoso Rodríguez Pérez La Habana, Cuba Disponible en: Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

2 Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, 2007 AGRICULTURA CONSERVACIONISTA CONSERVATION AGRICULTURE Estimación del riesgo de erosión laminar y en surcos en la subcuenca La Güira del río Cuyaguateje Assessment of rill and interrill erosion risk in the watershed La Güira (river Cuyaguateje) Gustavo R. Alonso Brito 1, María Elena Ruiz Pérez 2, Wuoter Schiettecatte 3, Jorge Díaz Suárez 4 y Yeleine Almoza Hernández 1 RESUMEN. La erosión hídrica es uno de los principales procesos de degradación de los suelos cubanos y de muchos países tropicales. Los modelos de erosión conjuntamente con las aplicaciones de Sistemas de Información Geográfica (SIG) constituyen una herramienta eficaz para los estudios de este fenómeno. Con la ayuda de esta interfase se determinó el comportamiento espacial del riesgo potencial de erosión en la subcuenca La Güira, elemento principal en la confección futura de un plan de conservación de suelos y agua. Para la modelación del proceso se usó la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE, siglas en ingles). De este modelo empírico solo se trataron los factores erosividad de las lluvias, erodibilidad del suelo y topografía, como vía para determinar la erosión potencial del área. Se obtuvieron los mapas de los factores anteriormente mencionados y, a partir de la razón tolerancia de la pérdida de suelo-erosión potencial, el de riesgo de erosión. La subcuenca muestra un elevado peligro de erosión vinculado principalmente a la alta erosividad de las lluvias y a su relieve accidentado. En un 70 % del área estudiada deben implementarse medidas antierosivas o de lo contrario no será posible su laboreo con fines agrícolas. Palabras clave: Modelo RUSLE, SIG, erosividad, erodibilidad, topografía, tolerancia de suelo. ABSTRACT. Water erosion is one of the main degradation processes of the Cuban soil and other tropical countries. The erosion models and the Geographical Information System (GIS) applications constitute an effective tool for the studies of this phenomenon. These technologies were used to determine the spatial behavior of erosion risk in the La Güira basin. Erosion risk is the most important element in the future making of a soil and water conservation plan. The revised universal soil loss equation (RUSLE) was used to model the process. The analyzed factors of this empirical model were the rainfall erosivity, soil erodibility and topography, as one way to determine the potential erosion of the area. It was obtained the maps of the previously mentioned factors and the erosion risk map, this the last one starting from the reason soil tolerance - potential erosion. The watershed shows high erosion danger linked mainly to the high rainfall erosivity and high value of slope. In a 70 % of the studied area should be implemented measured against the erosion or it won t be possible the land work. Keywords: RUSLE Model, GIS, erosivity, erodibility, topography, soil tolerance. INTRODUCCIÓN Cuba, por su condición de país tropical, posee grandes índices de erosión hídrica en sus suelos. Este fenómeno constituye el principal problema medio-ambiental del país, pues el 43,3 % del área agrícola está entre fuerte y medianamente erosionada [1]. La cuenca del río Cuyaguateje, en particular, es la principal del occidente y está entre las 8 mayores del país. Según el Consejo de Cuencas Hidrográficas (CTCH) [5], se presentan Recibido 26/04/07, aprobado 12/06/07, trabajo 67/07, investigación. 1 Ing., Prof., Universidad Agraria de La Habana (UNAH), Grupo de Investigación Agrofísicas, La Habana, Cuba, E-*: gustavo@isch.edu.cu 2 Dr., Prof. Tit.,UNAH, J Grupo de Investigación Agrofísicas, La Habana, Cuba. 3 Dr., Prof., Universidad de Ghent, Bélgica. 4 Lic., Prof. Asistente, Grupo de Investigación Agrofísicas, La Habana, Cuba. 41

3 42 Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, 2007 otros indicadores que muestran la importancia y necesidad del estudio de su estado erosivo: 1) presenta relieve en gran por ciento montañoso; 2) niveles de gasto sólido elevados; 3) diferencia de profundidad promedio en la línea de costa entre 2 y 4 m, producto de la deposición de sedimentos y 4) existen alrededor de 343 cárcavas. Para la estimación del riesgo potencial de erosión, objetivo de esta investigación, han sido empleados a nivel internacional, tanto modelos empíricos como de base física. Los modelos empíricos son en general poco exigentes en el volumen de datos necesarios para su implementación [7], siendo esta su principal potencialidad en cuencas de grandes dimensiones como la analizada. Los modelos de base física, si bien permiten un estudio detallado de los procesos y un ajuste a las distintas condiciones presentes, como por ejemplo, el clima, exigen volúmenes de información imposibles de manejar en grandes áreas [8]. Para este trabajo se escogió el modelo de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE) [12], siendo este uno de los modelos empíricos más empleado en la literatura [11] [9] [14] y otros. Actualmente con el desarrollo de las tecnologías espaciales, como los SIG, se dispone de nuevas herramientas que pueden vincularse a los modelos y de este modo obtener la distribución espacial del riesgo de erosión para cuencas de grandes extensiones. En Cuba se han realizado varios estudios de erosión [13] [10] y otros, pero hasta el momento no han sido aplicadas estas tecnologías. Este trabajo se realizó en el marco de un Proyecto de Cooperación entre la Universidad Agraria de La Habana, GIAF (Cuba) y la Universidad de Ghent (Bélgica) que tiene como título «Crear capacidades con vistas a elaborar un programa de conservación de aguas y suelos en la cuenca del río Cuyaguateje en el oeste de Cuba» y como objetivo fundamental la reducción de la degradación de suelos y agua y los problemas asociados en la agricultura y el medio ambiente en la cuenca del río Cuyaguateje en la provincia de Pinar del Río. MATERIALES Y MÉTODOS El presente trabajo se enmarca en la subcuenca La Güira, la cual abarca parte de los municipios: Viñales, Minas de Matahambre y Guane con una extensión de 281 km 2. La Güira forma parte de la cuenca del río Cuyaguateje, ubicada en la provincia de Pinar del Río ( " " latitud norte, " " longitud oeste) con una superficie de 723 km 2, lo que la convierte en la mayor de la provincia y de la región occidental de Cuba. Los índices climáticos de la zona muestran una media anual (año ) de las precipitaciones y la temperatura de mm y 25,1 0 C respectivamente [5]. Para simular el proceso de erosión fue usado el modelo empírico RUSLE [12], ver ecuación 1. A RKLSCP (1) Donde: A: Promedio de la pérdida de suelo anual por unidad de área, (t/ha año). R: factor erosividad de las precipitaciones (MJ mm/ha h año), elemento causante del fenómeno de erosión hídrica. La erosividad está caracterizada por la energía cinética de las gotas de lluvia y la intensidad de la misma. En este trabajo se usaron los valores que brinda el mapa de erosividad de las lluvias de la subcuenca La Güira (ver Figura 1), extraído del mapa de la cuenca Cuyaguateje [3]. Erosividad (MJ mm/ha h) FIGURA 1. Mapa de erosividad de las lluvias (R). K: factor erodibilidad del suelo (t ha h/ha MJ mm), determinado a partir del nomograma de Wischmeier y Smith [16]. La erodibilidad de un suelo se traduce en la facilidad con que son arrancadas las partículas (susceptibles al arrastre) de sus agregados, ya sea por impacto de la gota o por el flujo de agua en superficie. El nomograma es una ecuación empírica en la que se relacionan principalmente propiedades físicas y químicas que determinan la estabilidad estructural de un suelo. La base de datos sobre la textura y el contenido de materia orgánica (términos del nomograma) es bastante pobre, solo se contó con información de 5 perfiles de suelo de la subcuenca, facilitado por el Instituto de Suelo de Pinar del Río; en función de esto se determinó hacer una estimación, hallando un valor de erodibilidad para toda la subcuenca con el promedio de los valores calculados de K según el nomograma de los cinco perfiles disponibles. El valor obtenido fue de Knom = 0,04 (t ha h/ha MJ mm). LS: factor topográfico (L: longitud de la pendiente y S: ángulo de la pendiente), de este depende en gran parte el comienzo de la escorrentía y la capacidad de arrastre de sedimentos de la misma. En este trabajo para determinar un mapa del factor topográfico se utilizó el programa URLSP [16] fundamentado según RUSLE [12]. Esta herramienta determina el valor de LS de cada segmento (conformando un mapa) a partir de las características topográficas de la cuenca: 1) flujo de drenaje, 2) mapa de pendiente, 3) área acumulativa de drenaje, para abordar más consultar [2]. Cada una de estas características fue

4 determinada a partir del modelo digital de elevación (DEM), ver Anexo 1. Para obtener este mapa tridimensional de la topografía del terreno se digitalizó el mapa topográfico a escala 1: (esto fija la escala de trabajo) sobre el SIG «Mapinfo» y se interpolaron sus isolíneas por el método de triangulación según [6] en el SIG «IDRISI». C: factor cobertura de la superficie y P: factor prácticas de medidas antierosivas. Para la determinación de la pérdida de suelo potencial se asume el caso extremo donde el suelo está desnudo (C=1) y sin medidas que contrarresten este proceso de degradación (P=1). Los valores de estos parámetros en la realidad oscilan entre 0 1. Teniendo en cuenta esto la erosión potencial se determina según ecuación 2, [12]. Ap R K LS (2) Donde: Ap = Erosión potencial, determinada para cada píxel de los mapas raster. Para determinar el riesgo potencial de erosión es necesario analizar la razón tolerancia de la pérdida de suelo y erosión potencial. Todas las operaciones aritméticas entre mapas se realizaron sobre el SIG «IDRISI». La tolerancia (T) es el límite máximo de pérdida de partículas de suelo atendiendo al equilibrio de esta con el proceso de formación del suelo, para mayor información de este factor en la subcuenca consultar [2]. Para evaluar los valores del riesgo es necesario clasificarlo en función de algún parámetro, por ejemplo: clasificación del riesgo de erosión según la cobertura. Para que un suelo no pierda sus horizontes superficiales y con este su productividad, debe cumplirse la condición que plantea la ecuación 3. A R K LS C P T (3) Despejando de la ecuación (3) la razón que determina el riesgo, la responsabilidad de que se sigua cumpliendo esta condición recae en la cobertura y en las medidas de control de la erosión según la ecuación (4). T C P R K LS Algunos criterios de valores del factor C (determinados por Roose E., «Erosión y escorrentía en África del Oeste», citado por [10]) se utilizaron para establecer los rangos de riesgo potencial. Para valores del factor P no se tomaron referencias de otros trabajos, porque es un factor muy específico de las condiciones de la cuenca y conllevaría a establecer distintos escenarios en conjunto con C, por lo que se mantiene como P=1 (comprobado en la realidad mediante observación in situ). Por consiguiente, se establecieron atendiendo a valores de cobertura las clases de riesgo siguientes: Muy alto riesgo (0-0,001): zonas donde deben existir áreas forestales densas debido a sus valores de riesgo, alto riesgo (0,01-0,3): zonas en las que se pueden establecer cultivos con espesa área foliar y con pequeñas distancias de plantación, riesgo moderado (0,3-0,5): cultivos con exigencias medias de cobertura y riesgo bajo (0,5-1) cualquier cultivo. La leyenda de los mapas obtenidos representa, entre otras cosas, las áreas de macizo rocoso o mogotes de la Sierra de (4) Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, 2007 los Órganos y las áreas de deposición de sedimentos, en los cuales no es de interés el estudio de erosión (consultar [2]). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las características topográficas de la subcuenca fueron determinadas, por primera vez, de forma automatizada, empleando un Sistema de Información Geográfica (SIG). El área límite de la subcuenca resultó en 290 km 2 a diferencia de los 281 km 2 citados en la literatura, este último calculado según los métodos cartográficos tradicionales. El mapa determinado del factor LS se muestra en la Figura 2, sus valores están acorde con la descripción topográfica de la subcuenca como muestra el DEM (Anexo 1). Las magnitudes máximas de LS corresponden a las zonas de alturas de pizarras o lomerío, predominantes hacia la línea parte agua de la subcuenca, donde el relieve es bastante accidentado, con valores de pendiente por encima de 16 % y las mínimas a los valles intramontanos, es decir a zonas de pendiente más suaves, menores de 8 %, ubicadas en la región central dispuestas como se observa en el mapa. Este planteamiento demuestra la alta dependencia del factor LS con el grado de pendiente que presenta el terreno. Los valores del mapa oscilan entre 0 y 10 aproximadamente y se corresponden con otras investigaciones, como las de la cuenca del río Paute en Ecuador [14] y la región de Flandes en Bélgica [4]. LS Leyenda macizo rocoso 1 Área de deposición 0 Río FIGURA 2. Mapa del factor topográfico (LS). La multiplicación píxel a píxel de los mapas raster del factor LS y R, y el valor promedio de K arrojó el mapa de erosión potencial de la subcuenca La Güira, ver Figura 3. Este mapa muestra como promedio valores de erosión potencial muy elevados (1 364 t/ha/año) producto a la alta erosividad de las lluvias. La zona sureste de la subcuenca es la de mayor potencial erosivo y los valores más bajos se presentan en la 43

5 Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, 2007 zona central con una disposición noreste - suroeste, como se observa en el mapa. decir la erosión en la subcuenca puede ser considerada como un grave peligro de degradación de los suelos cultivables. En especial las zonas de alturas de pizarras muestran los valores más elevados, debido a la dependencia de este mapa con el de erosión potencial y por consiguiente con la topografía. Erosión Potencial (t/ha/año) Clases de Riesgo Muy Alto Alto Moderado Leyenda Macizo rocoso FIGURA 3. Mapa de erosión potencial. Área de deposición Río Atendiendo a la similitud espacial del mapa de erosión potencial y el mapa de LS (Figura 2), se decidió determinar la regresión entre el mapa de erosión potencial y los mapas de los factores que la determinan, erosividad de las precipitaciones y topografía, excluyendo la erodibilidad del suelo, la cual se le asignó un valor constante para toda la subcuenca. El coeficiente de determinación (R 2 ) entre los mapas R Ap es de 2,11 % y entre LS Ap de 99,77 %. Por tanto, se concluye que la variabilidad espacial del mapa de erosión potencial depende principalmente del factor topográfico. Esto puede explicarse pues la erosividad de las lluvias depende del comportamiento de las precipitaciones, magnitud que es sensible a variaciones espaciales en el orden de los kilómetros, no siendo así la topografía cuya variabilidad está en el orden de unos pocos metros. La clasificación del riesgo de erosión de un área, según la cobertura que esta debe tener para que la pérdida de suelo no supere los límites permisibles, puede ser utilizada como punto de partida en la elaboración de un plan de conservación de suelos y agua. Clasificando según lo establecido anteriormente, se obtuvo un mapa de clases de riesgo potencial de erosión (ver Figura 4). Del área total estudiada existen ,66 ha de la clase muy alto, 5 328,18 ha de alto, 11,34 ha de moderado y 0 ha de bajo. Estos valores indican que ninguna zona debe ser plantada con cultivos de escasa cobertura y un 70 % de la cuenca debe mantener poblaciones de bosques densos, es Leyenda Macizo Rocoso Área de deposición Líneas blancas (Río) FIGURA 4. Mapa de riesgo de erosión laminar y en surcos clasificado. CONCLUSIONES Mediante la delineación automatizada (SIG) de la cuenca se pudo determinar los aspectos hidrológicos: límite de la cuenca, comportamiento del flujo, área acumulativa de drenaje y mapa de pendiente. Se obtuvo que dadas las condiciones de lluvia, suelo y topografía, las zonas de riesgo de erosión se distribuyen en: ha con muy alto riesgo, ha de alto riesgo y 11 ha de riesgo moderado. La erosión en la subcuenca puede ser considerada como un grave peligro de degradación de los suelos cultivables. Las áreas bajo condiciones de muy alto riesgo de erosión laminar y en surco coinciden en su mayoría con las alturas de pizarras, sobresaliendo a escala de la subcuenca la zona sureste. En general el grado de riesgo de erosión laminar y en surcos es muy elevado, producto de los altos valores de erosión potencial, se muestran valores medios de t/ha/año, estos últimos influenciados principalmente por la alta erosividad de las precipitaciones predominantes en toda la subcuenca y características de países tropicales. 44 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ALONSO, G.: Palabras de la directora del departamento de medioambiente del CITMA, en el VI Congreso Nacional de la Sociedad Cubana de la Ciencia del Suelo, Cuba, 2006.

6 Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, ALONSO, G.: Estimación del riesgo de erosión hídrica en la subcuenca La Güira del río Cuyaguateje, 55 pp., Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. en Mecanización Agrícola), Facultad de Mecanización Agropecuaria, UNAH, Cuba, ALMOZA, Y.: Análisis de la influencia de las precipitaciones en la cuenca del río Cuyaguateje, 55 pp., Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. en Mecanización Agrícola), Facultad de Mecanización Agropecuaria, UNAH, Cuba, BIESEMANS, J.: Erosion modeling as support for land management in the loess belt of Flanders, Faculteit Landbouwkundige en Toegepaste Biologische Wetenschappen, Ghent University, Belgium, CTCH: Diagnóstico ambiental de la cuenca Cuyaguateje, Consejo Territorial de Cuencas Hidrográficas de Pinar del Río, EASTMAN, R.J.: Idrisi 32 version I32.2, user s guide. Massachusetts, Worcester, Clark University, USA, GABRIELS, D.: Soil erosion and soil conservation. Cursus, Faculteit Landbouwkundige en Toegepaste Biologische Wetenschappen, Ghent University, Belgium, KINNELL, P. and L. RISSE: «USLE-M: Empirical modelling rainfall erosion through runoff and sediment concentration», Soil Sci. Soc. Am. J. vol. 62(6): , MARTÍNEZ, J. A.e I. SÁNCHEZ.: Impact assessment of changes in land use/conservation practices on soil erosion in the Penedés - Anoia vineyard region (NE Spain), Department of Environment and Soil Science, University of Lleida, Spain, PLANAS, G.: Pérdidas por erosión hídrica de los suelos de Cuba, Editorial Científico Técnica, Cuba, RENSCHLER, C.S.; C. MANNAERTS and B. DIEKKRÜGER: Evaluating spatial and temporal variability in soil erosion risk rainfall erosivity and soil loss ratios in Andalusia, Spain. Water Resources Division, International Institute for Aerospace Surveys and Earth Sciences ITC, Netherlands, RENARD, K.G.: Predicting soil erosion by water: A guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), 703 pp., Agriculture Handbook: Draft Washington DC., USDA-Agricultural Research Service, USA, RIVEROL, M.: Límites permisibles y pérdidas de suelo bajo diferentes Sistemas de producción de tabaco en Cuba, En: XI Congreso Latino Americano y II Congreso Cubano de la Ciencia del Suelo, Volumen IV, Cuba, SUFFIS, J.: Alternative land use systems for controlling water erosion on steep slopes in small watersheds of the Paute river basin (Ecuador), Faculteit Landbouwkundige en Toegepaste Biologische Wetenschappen, Ghent University, Belgium, SCHIETTECATTE, W.: Estimation of the potential erosion in the Markebeek watershed (Maarkedal). Faculty of Agricultural and Applied, Ghent University, Bélgica, WISCHMEIER W. H. AND SMITH D. D.: Predicting rainfall-erosion losses: A guide to conservation planning, 537pp., Agriculture Handbook: United States Department of Agriculture, Washington DC, USA, ANEXOS Altura (m) ANEXO 1. Modelo digital de elevación de la subcuenca La Güira. 45