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An�lisis de la distribuci�n espacial de la erodabilidad del suelo en la cuenca del R�o Esmeraldas-Ecuador

 

Analysis of the spatial distribution of soil erodibility in the Esmeraldas-Ecuador River basin

 

An�lise da distribui��o espacial da erodibilidade do solo na bacia do rio Esmeraldas-Equador

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: mfquinonez@espe.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de diciembre de 2022 *Aceptado: 12 de enero de 2023 * Publicado: 1 de febrero de 2023

 

1. Estudiante Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.
2. Estudiante Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.
3. Docente Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Red de Desarrollo Urbano Sostenible de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

Resumen

La erosi�n h�drica del suelo es la causante de graves problemas ambientales a nivel mundial. El factor de erosionabilidad del suelo es uno de los par�metros m�s importantes para estimar la erosi�n h�drica mediante el modelo RUSLE. Este an�lisis demanda de un estudio costoso y prolongado en campo. Sin embargo, es posible utilizar datos basados en programas satelitales. El objetivo del presente estudio es analizar la distribuci�n espacial de la erodabilidad del suelo en la cuenca del r�o Esmeraldas. La metodolog�a se bas� en la utilizaci�n de la base datos SoilGrids para determinar las principales propiedades del suelo. Los resultados mostraron que los rangos de erodabilidad del suelo var�an entre 0.4 y 0.11 t h/MJ mm en la cuenca analizada.

Palabras Clave: Erodabilidad del suelo; Factor K; erosi�n del suelo; Esmeraldas.

 

Abstract

Soil water erosion is the cause of serious environmental problems worldwide. The soil erodibility factor is one of the most important parameters to estimate water erosion using the RUSLE model. This analysis requires a costly and prolonged study in the field. However, it is possible to use data based on satellite programs. The objective of this study is to analyze the spatial distribution of soil erodibility in the Esmeraldas river basin. The methodology was based on the use of the SoilGrids database to determine the main soil properties. The results showed that the soil erodibility ranges vary between 0.4 and 0.11 t h/MJ mm in the analyzed basin.

Keywords: Soil erodibility; K-factor; soil erosion; emeralds.

 

Resumo

A eros�o h�drica do solo � a causa de s�rios problemas ambientais em todo o mundo. O fator de erodibilidade do solo � um dos par�metros mais importantes para estimar a eros�o h�drica usando o modelo RUSLE. Esta an�lise requer um estudo de campo caro e prolongado. No entanto, � poss�vel usar dados baseados em programas de sat�lite. O objetivo deste estudo � analisar a distribui��o espacial da erodibilidade do solo na bacia do rio Esmeraldas. A metodologia foi baseada no uso do banco de dados SoilGrids para determinar as principais propriedades do solo. Os resultados mostraram que as faixas de erodibilidade do solo variam entre 0,4 e 0,11 t h/MJ mm na bacia analisada.

Palavras-chave: Erodibilidade do solo; fator K; eros�o do solo; esmeraldas.

Introducci�n

La erosi�n es una de las principales causas de degradaci�n del suelo a nivel mundial (Amundson et al., 2015; Panagos et al., 2015). Los procesos de desprendimiento, movilizaci�n y deposici�n de part�culas minerales y org�nicas del suelo, as� como sus contaminantes asociados (metales pesados y pesticidas residuales), causan contaminaci�n de cuerpos de agua (Zhang et al., 2009). Las actividades antr�picas han aumentado los problemas de erosi�n en los �ltimos a�os (Villarino et al., 2017), al igual que la magnitud de los dem�s fen�menos clim�ticos (Vallecilla et al., 2022; Delgado-Gutierrez et al., 2022). En Ecuador los problemas de erosi�n del suelo se pueden ver reflejados en problemas de estabilizaci�n de taludes (Mac�as et al., 2021). Seg�n Delgado et al. (2022), los estudios relacionados a la erosi�n del suelo en Ecuador son muy escasos y se aplican �nicamente a peque�as regiones del pa�s o a factores aislados del suelo, generando incomprensi�n de una problem�tica ambiental de gran relevancia.

Varios son los modelos que se han desarrollado para estimar las tasas de erosi�n del suelo, entre los que destacan la Ecuaci�n Universal de P�rdida del Suelo (USLE, Wischmeier & Smith, 1978) y su versi�n revisada (RUSLE, Renard et al., 1997). Ambos modelos emplean factores externos que condicionan a los procesos erosivos, los cuales son: R, LS, C, K y P.

El Factor K, que corresponde a la erodabilidad del suelo, se puede calcular en funci�n de ciertas propiedades del suelo, entre las que se destacan la distribuci�n del tama�o de sus part�culas, contenido de materia org�nica, contenido de arena, arcilla, estabilidad estructural, entre otros (Barrio et al., 2017). Generalmente, el Factor K se estima directamente en la zona de estudio, lo que demanda mucho tiempo y recursos econ�micos. Gracias al avance tecnol�gico, es posible aplicar informaci�n r�ster satelital que permita determinar las propiedades del suelo de manera r�pida y segura, como es el caso de la base de datos SOIL GRIDS.

Adem�s de la poca informaci�n relacionada a la erodabilidad del suelo en Ecuador y a la falta de investigaciones aplicadas en la cuenca del r�o Esmeraldas, se debe considerar que Ecuador posee caracter�sticas muy singulares que lo diferencias de otros pa�ses, debido a las condiciones clim�ticas que est�n ajustadas a la presencia de dos polos, estar divididos por la barrera orogr�fica de la Cordillera de Los Andes y estar dentro de la franja intertropical, lo vuelve una zona de estudio mucho m�s interesante de analizar (Pourrut 1983; Pourrut 1994; Delgado et al., 2021).

El objetivo de la presente investigaci�n es determinar la distribuci�n espacial de la erodabilidad del suelo en la cuenca del R�o Esmeraldas, mediante la utilizaci�n de informaci�n r�ster satelital y la aplicaci�n de ecuaciones de estimaci�n enfocados en el modelo de an�lisis RUSLE.

El presente trabajo permitir� identificar los puntos m�s desfavorables de la cuenca de Esmeraldas con respecto a la erosi�n del suelo desde un enfoque de su erodabilidad, contribuyendo a la generaci�n de medidas que permitan controlar y mitigar estos inconvenientes naturales de gran relevancia.

 

Metodolog�a

El presente trabajo inici� con la determinaci�n de la zona de estudio, la cual corresponde a la cuenca del R�o Esmeraldas. Esta cuenca pertenece al grupo de las �cuencas de la vertiente Pac�fico� por descargar sus aguas directamente en el Oc�ano Pac�fico. Se encuentra ubicada en el norte del pa�s y tiene una extensi�n 21301 km², siendo considerada la quinta m�s grande del pa�s (Delgado et al., 2021). Dentro de sus caracter�sticas ambientales, la cuenca de Esmeraldas posee una elevaci�n promedio de 1485 msnm y una pendiente promedio de 2.38� (Delgado et al., 2021). Con respecto a la frecuencia de lluvias y su par�metro de erosividad, las condiciones de la cuenca de Esmeraldas la califican con un riesgo �moderado�.

La extensi�n de la cuenca fue delimitada mediante la literatura regional, aplicando bases de datos regionales por medio del Software QGIS.

El c�lculo de la erodabilidad del suelo (Factor K de RUSLE) fue realizado mediante la ecuaci�n de Williams (1995) que se presenta a continuaci�n (ecuaci�n 1):

Donde:

K_RUSLE es el factor de erodabilidad de la lluvia.

F_csand es un indicador que proporciona informaci�n sobre el contenido de arena, obteni�ndose resultados bajos cuando el contenido de arena y gruesa y resultados altos cuando los suelos tienen poca arena (ecuaci�n 2)

F_cl-si es un indicador conjunto del contenido de arcilla y limo (ecuaci�n 3)

F_orgc es el contenido de carbono org�nico en los suelos (ecuaci�n 4)

F_hisand es el contenido alto de arena (ecuaci�n 5)

 

La informaci�n de las propiedades f�sicas del suelo junto con el contenido de carbono org�nico (SOC) fueron extra�das de la base de datos de ISRIC mediante su componente SoilGrids, la cual proporciona informaci�n de m�s de 200000 propiedades del suelo a nivel mundial a una resoluci�n de 250 m (Poggio et al., 2021).

Se descarg� la informaci�n de los siguientes par�metros en la capa superficial del suelo Arcilla (g/kg), arena (g/kg), limo (g/kg) y SOC en dg/kg para posteriormente transformarlo a g/kg. Posteriormente, se procesaron las im�genes satelitales en el Software QGIS para proyectarlo y adaptarlo a la zona de estudio. Para aplicar la ecuaci�n 1 fue necesario convertir los 4 par�metros analizados del suelo a valor porcentual.

Los resultados del Factor K vienen expresados en t h/MJ mm y generalmente presentan valores entre 0.02 y 0.69.

 

Resultados y discusi�n

�rea de estudio

La cuenca de Esmeraldas (Fig. 1) se ubica pol�ticamente en la provincia de Esmeraldas, pero se extiende a las provincias de Imbabura, Pichincha, Santo Domingo de los Ts�chilas, Cotopaxi y Manab�. La provincia de Esmeraldas es una de las 24 divisiones pol�ticas de este nivel que conforman Ecuador. Est� situada en la regi�n litoral o costa y su ciudad principal y capital es Esmeraldas. La provincia limita al este con Carchi e Imbabura, al sur con Santo Domingo de los Ts�chilas y Manab�, al sureste con Pichincha, al norte con la Provincia de Tumaco en Colombia y al oeste y norte con el Oc�ano Pac�fico. La provincia de Esmeraldas est� compuesta por 7 cantones que se caracterizan principalmente por exportar camar�n y banano.

Fig. 1. Cuenca del R�o Esmeraldas

 

Distribuci�n de las propiedades del suelo

La distribuci�n de las propiedades del suelo se obtuvo considerando su capa superficial hasta una profundidad de 5 cm a una escala espacial de 100 m².

Fig. 2. Distribuci�n del contenido de arena en la cuenca Esmeraldas

 

La Fig. 2 demuestra que mayor contenido de arena se localiza al este de la cuenca Esmeraldas y en regiones cercanas a la desembocadura con el Oc�ano Pac�fico. En esta Fig. 2 se destaca tambi�n que parte de la desembocadura registra valores muy cercanos a 0 g/kg de arena, debido a que, al estar analizando la parte superficial del suelo, la presencia de agua reemplaza esta propiedad del suelo, lo que tambi�n se puede observar en algunos cuerpos de agua que se presentan en otras secciones de la cuenca. Los valores de contenido de arena alcanzaron los 677 g/kg.

Fig. 3. Distribuci�n del contenido de arcilla en la cuenca Esmeraldas

 

Mediante la Fig. 3 se puede observar que el contenido de arcilla es bastante elevado, alcanzando un valor promedio de 271 g/kg a nivel de cuenca. El valor m�ximo alcanz� 427 g/km y se registr� en varios pixeles del �rea de estudio, especialmente en lugares pr�ximos a la regi�n Sierra. Se observa tambi�n que la presencia de los cuerpos de agua limita la lectura de los par�metros f�sicos del suelo en las secciones correspondientes.

 

Fig. 4. Distribuci�n del contenido de limo en la cuenca Esmeraldas

El an�lisis de la Fig. 4 permite determinar que el contenido de limo es superior a las propiedades f�sicas anteriores con relaci�n a la composici�n del suelo (el SOC es una propiedad qu�mica). El valor promedio a nivel de cuenca alcanza los 334 g/kg mientras que su valor m�ximo supera los 480 g/kg.

 

Fig. 5. Distribuci�n del contenido de SOC en la cuenca Esmeraldas

 

La Fig. 5 permite analizar el �nico par�metro qu�mico considerado en el c�lculo del Factor K, el SOC. Se puede observar que el contenido de SOC es mucho menor con relaci�n a los dem�s par�metros abordados, por lo qu�, pese a alcanzar un valor m�ximo de 200 g/kg en las proximidades con la Cordillera de Los Andes, su valor promedio alcanza �nicamente 67 g/kg. Este componente hace referencia de que la materia org�nica concentrada en la capa superficial de la cuenca Esmeraldas es muy pobre.

 

C�lculo de la erodabilidad del suelo (Factor K)

Para determinar el Factor K mediante la ecuaci�n 1 fue necesario distribuir en porcentajes la contribuci�n que genera cada uno de los par�metros analizados del suelo a su composici�n total (Fig. 6). Estos porcentajes permitieron determinar los valores �f� de la ecuaci�n principal.

Fig. 6. Distribuci�n porcentual de las propiedades del suelo en la cuenca Esmeraldas

 

La Fig. 6 permite determinar que el factor m�s relevante en la erodabilidad del suelo de la cuenca de Esmeraldas es la arena, alcanzando el 35% de su composici�n total, mientras que el limo (32%) y la arcilla (26%) ocupan el segundo y tercer lugar de importancia, respectivamente. Con respecto al SOC, un alto porcentaje significar�a resultados m�s favorables para el suelo, que se traduce en valor del Factor K m�s bajos, obteniendo una mayor resistencia a la erosi�n del suelo. Sin embargo, los valores de SOC alcanzaron �nicamente el 6% de la composici�n total del suelo de la cuenca Esmeraldas, y esta distribuci�n porcentual se mantiene constante en gran parte del territorio ecuatoriano (Delgado et al., 2021).

Fig. 7. Distribuci�n de la erodabilidad del suelo (Factor K) en la cuenca Esmeraldas

 

El an�lisis de la Fig. 7 permite identificar que la distribuci�n espacial del Factor K en la cuenca Esmeraldas es variado, y que los valores oscilan entre 0.04 y 0.11 t h/MJ mm, con un valor promedio de 0.06 t h/MJ mm. Se puede observar que los valores m�ximos se localizan principalmente en la provincia de Esmeraldas, pero el sector es compartido con las provincias de Pichincha, Santo Domingo de los Ts�chilas y Manab�. Adem�s, valores altos (considerando el rango de resultados) tambi�n se visualizan en zonas altas de la cuenca.

Desde el punto de vista de magnitud de resultados, un valor m�ximo de 0.11 t h/MJ mm no significar�a un problema de gran relevancia, si se considera �nicamente este factor aislado de la erosi�n del suelo. Con respecto a las cualidades de las propiedades del suelo desde el punto de vista de resistencia a la erosi�n, el contenido de arcilla y contenido de SOC son los que presentan mayores beneficios, mientras que el limo es considerado como la propiedad f�sica m�s desfavorable frente a la erosi�n del suelo.� Con respecto a la arena, contenidos de granos gruesos son m�s resistentes a la erosi�n.

 

Conclusiones

La erodabilidad del suelo ha sido evaluada por primera ocasi�n en la cuenca de Esmeraldas, perteneciente a la vertiente Pac�fico.

Su distribuci�n espacial mostr� una gran variabilidad, concentrando valores mayores en la provincia de Esmeraldas, en la regi�n centro-oeste de la cuenca hidrogr�fica.

Los valores del Factor K tuvieron un rango de 0.04 a 0.11 t h/MJ mm, consider�ndose valores aceptables que no significar�an un riesgo elevado frente a eventuales problemas de erosi�n, tomando en cuenta �nicamente este factor aislado del modelo RUSLE.

Un alto contenido de arcilla (26%) y una concentraci�n no muy elevada de limo (32%), permitieron que los valores del Factor K sean relativamente bajos.

La localidad que present� mayores problemas de erodabilidad del suelo fue �La Uni�n� localizada en la provincia de Esmeraldas y muy cercana a la ciudad de �La Concordia� de la provincia de Santo Domingo de los Ts�chilas.

Se recomienda realizar un an�lisis exhaustivo de la p�rdida del suelo aplicando el modelo RUSLE mediante todos sus componentes, considerando la erosividad de la lluvia, uso del suelo, par�metros de longitud y pendiente de la cuenca y las pr�cticas humanas, para tener un enfoque m�s preciso de lo que este problema ambiental puede generar en la zona de estudio.

El presente trabajo significa un insumo relevante al campo de la erosi�n del suelo en Ecuador, facilitando la elecci�n de medidas de mitigaci�n para los posibles problemas que puedan generarse

 

Referencias

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� 2023 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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