El Papel De La Edafología Contra La Degradación

El suelo es la base de todos los procesos de producción de alimentos, ya que casi el 95% de la producción mundial de alimentos depende de él.

En esta entrevista, Vasyl Cherlinka, científico especializado en suelos de EOS Data Analytics, analiza el problema del uso racional del suelo, su degradación, sus causas y consecuencias para la seguridad alimentaria mundial. También habla de la cartografía y el modelado digital del suelo y su papel en la monitorización y el mantenimiento de la salud del suelo y la maximización del rendimiento de los cultivos.

¿Qué Es La Degradación Del Suelo?

La degradación del suelo es la pérdida de sus características físicas, fisicoquímicas o biológicas debido a procesos naturales o antropogénicos. Hay cuatro razones principales para la degradación del suelo.

La primera causa es la patología del perfil del suelo y los horizontes genéticos. Los horizontes genéticos son capas del suelo con determinadas características (por ejemplo, textura, color, estructura, espesor, comunidades biológicas alojadas, contenido químico y mineral). Las propiedades de cada capa indican que ha estado expuesta a determinados procesos de formación del suelo. Y un perfil de suelo es la forma en que están dispuestos estos horizontes.

La erosión del suelo (desprendimiento, movimiento y deposición de la capa superior del suelo debido al viento o al agua) es uno de los tipos de causas. Aunque las razones de la erosión del suelo son naturales, las personas pueden agravarla, por ejemplo, durante las actividades agrícolas como el arado o la disposición y el cultivo en las laderas.

La compactación del suelo se produce cuando sus partículas se comprimen y se reduce el espacio de los poros entre ellas. Como resultado, penetra menos agua y aire en el suelo, lo que es malo para el desarrollo de las plantas y de su sistema radicular. Los grandes tractores (especialmente los de ruedas) pueden presionar el suelo hasta un metro y medio y provocar la compactación del suelo.

La contaminación y el envenenamiento químico también amenazan la salud del suelo. En primer lugar, hago referencia al uso incontrolado de fertilizantes minerales que pueden modificar el pH del suelo. El segundo problema es que una cantidad excesiva de fertilizantes no sólo impulsa el crecimiento de los cultivos, sino que también los hace tóxicos para los seres humanos. Seguramente todo el mundo ha oído hablar de los nitratos: comer alimentos ricos en nitratos puede provocar parálisis del músculo cardíaco.

Hay que tener cuidado con los pesticidas. Estos productos químicos, muy populares entre los agricultores, pueden utilizarse para el control de la maleza (herbicidas), la prevención de enfermedades fúngicas de las plantas (fungicidas) y manejo integrado de plagas (zoocidas, insecticidas, etc.). Si se aplican correctamente, pueden salvar más del 30% de la cosecha. Pero los pesticidas sobrantes pueden llegar a las aguas subterráneas. Al acumularse en el suelo, pueden transmitirse a través de las cadenas alimentarias y causar enfermedades a los animales y a las personas.

Por último, grandes dosis de fertilizantes pueden llegar a las masas de agua cercanas con un flujo de agua continuo y la concentración excesiva de insumos en el agua conduce a un fenómeno denominado eutrofización de las cuencas hidrográficas. Eso es lo que le ocurre al río Dnipro, en Ucrania, en verano: sus aguas se vuelven verdes debido al crecimiento de algas que utilizan mucho oxígeno del agua y los peces mueren. Así pues, un uso inadecuado de estos insumos provoca una cadena de acontecimientos adversos.

La tercera razón de la degradación del suelo es la alteración de sus regímenes hídricos y químicos. Puede identificarse como desertificación, desprendimientos y corrimientos de tierra, salinización secundaria, etc.

Varios cambios medioambientales conducen a la desertificación. El cambio climático provoca la disminución de las precipitaciones. Los límites de las zonas climáticas se desplazan (los cambios en la fauna y la flora también muestran este desplazamiento), por lo que el suelo fértil pierde sus características y el territorio se convierte en desierto.

Los desprendimientos de tierra y barro, típicos de las zonas montañosas y de colinas, pueden ser provocados por fuertes lluvias, erupciones volcánicas, terremotos, pavimentación de carreteras, minería o deforestación.

La destrucción antropogénica de los bosques (un árbol puede retener hasta 500 litros de agua durante la época de mayor cantidad de lluvia) y de la vegetación arbustiva provoca profundos cambios en el régimen hídrico de los territorios. En estas condiciones, las masas de suelo comienzan a desplazarse sobre arcilla mojada, deslizándose por la ladera y la cubierta del suelo se destruye por completo.

Los suelos de las laderas expuestas (sin vegetación) son arrastrados con tal intensidad que todos los horizontes genéticos desaparecen en 3-5 años y sólo quedan rocas en la superficie. La corriente de agua, que primero arrastró una parte importante del material fino de la superficie de los suelos en pendiente, al ganar velocidad, arrasa todo lo que hay en los valles de las montañas a su paso: puentes, campos, jardines, rebaños de animales, asentamientos. A esto se le denomina flujo de lodo.

Puede haber una salinización secundaria (liberación de sales de las capas inferiores del suelo a la superficie debido a un régimen de riego inadecuado), un cambio de naturaleza y la aparición de acidez secundaria (cambio de equilibrio en la acidez que puede ser causado por la elección incorrecta de los cultivos o los fertilizantes) y la deshidratación del suelo.

La cuarta causa es la alteración del régimen bioenergético de los suelos y los ecosistemas, que puede identificarse como desvegetación y deshumificación (descomposición de la materia orgánica). La primera significa el declive de la vegetación y puede producirse por la alteración del equilibrio hídrico del suelo en un territorio determinado. La desvegetación puede ser provocada por el viento, que arranca el suelo donde crecen las plantas restantes. Los suelos con vegetación mermada artificialmente pierden su biomasa radicular. Por tanto, sus reservas de valiosos minerales, materia orgánica y recursos bioenergéticos se agotan. Estos suelos se vuelven estériles, poco sólidos estructuralmente y pueden erosionarse con facilidad. Esto ocurre, por ejemplo, en el sur de Ucrania.

La deshumificación es la pérdida de materia orgánica del suelo en medio de la no utilización a largo plazo de fertilizantes minerales y orgánicos, la influencia de los procesos de erosión y otros factores. Las sustancias orgánicas que componen la materia orgánica comienzan a descomponerse bajo la influencia de la parte microbiana del suelo. La materia orgánica del suelo estabiliza el suelo actuando como un pegamento que mantiene unidas sus partículas. Cuanto menor sea el porcentaje de humus en el suelo, mayor será el riesgo de degradación del mismo por razones naturales o antropogénicas.

Las prácticas agrícolas intensivas también son culpables de la degradación del suelo. Por ejemplo, quienes cultivan las mismas plantas, temporada tras temporada sin descanso, van agotando el suelo. Este fenómeno se conoce desde hace mucho tiempo y se denomina fatiga del suelo. En este caso, los fertilizantes no ayudan a recuperar la fertilidad del suelo.

Los Expertos Creen Que La Degradación Del Suelo Amenaza La Seguridad Alimentaria Mundial. ¿Está De Acuerdo Con Esta Afirmación?

Tengo que estar de acuerdo con ellos porque la población mundial está creciendo, pero la cantidad de recursos naturales no: la tierra y el suelo son limitados debido a las características territoriales de la Tierra. Alrededor del 71% de la superficie del planeta está cubierta de agua, y los océanos contienen casi el 96,5% de toda el agua. Los sistemas montañosos constituyen cerca del 40% de la superficie terrestre. Una superficie importante se encuentra en las regiones polares y en otras zonas no aptas para la agricultura (desiertos, semidesiertos, vertederos, etc.). Con el paso de los años, cada vez quedan menos tierras disponibles para la agricultura. Grandes territorios se pierden debido a la urbanización de más zonas y la creciente desertificación empeora las cosas. Teniendo en cuenta que más del 95% de la producción de alimentos depende del suelo, la población debe preservarlo para poder alimentarse en el futuro.

Lo alarmante es el uso ineficaz e insostenible del suelo. El problema es grave en los países africanos y en Latinoamérica. Por ejemplo, el suelo de las tierras cultivables de Brasil está expuesto a la erosión del agua, ya que en el país caen casi 2000 mm de precipitaciones al año. También hay una deforestación sistemática que añade presión sobre él.

Pero no sólo la degradación del suelo pone en riesgo la seguridad alimentaria (lo sé, se sale del tema). Los conflictos militares también son una amenaza, que provoca la interrupción de las cadenas de suministro agrícola. En 2022, la invasión rusa de Ucrania está provocando una escasez de alimentos. Actualmente, dos de los puertos ucranianos utilizados para la exportación de cereales, Mariupol y Kherson, están bloqueados por Rusia. El papel de Ucrania en el apoyo a la seguridad alimentaria de algunos países es difícil de subestimar: sólo en 2021, el país exportó el 10% del trigo. Los tres principales compradores fueron China, Egipto y Turquía.

Es difícil incluso evaluar el daño causado al suelo por la guerra. Basta con enumerar los principales efectos negativos que complementan la degradación anteriormente mencionada.
El suelo sufre daños físicos debido a:

• la alteración o eliminación del material del suelo debido a los intentos de contraofensiva;
• misiles, bombas, proyectiles e instalación de minas antitanque y antipersona;
• tráfico de vehículos de combate, incluyendo maniobras de los vehículos pesados de ruedas y orugas;
• incendios provocados en terrenos agrícolas o forestales.

También hay un efecto químico de la acción militar sobre los suelos, como la contaminación con elementos potencialmente tóxicos, la contaminación por compuestos energéticos y la influencia de los productos químicos de combate.

Entonces, Para Preservar Los Suelos, Agricultores Y Explotaciones Agrícolas Deben Mantener La Salud Del Suelo Utilizando Cantidades Óptimas De Fertilizantes, Gestionando El Riego O Rotando Los Cultivos. Los Organismos Gubernamentales Deben Controlar La Forma En Que Los Individuos Y Las Empresas Utilizan Los Recursos Naturales. ¿Cuál Es El Papel De Los Científicos?

La producción agrícola incluye dos sectores principales: la producción de cultivos y la cría de animales, que tienen distintos porcentajes según el país. Pero ambos sectores afectan directamente al suelo. La tarea de la producción de cultivos es el cultivo de plantas agrícolas que convierten la energía de la radiación solar en energía de la materia orgánica, es decir, diferentes tipos de cultivos. La piedra angular para el desarrollo exitoso de la ganadería es una sólida base forrajera, cuya creación es imposible sin la producción de cultivos. Por lo tanto, la relación entre los cultivos y la ganadería es la base de una organización racional y una gestión eficaz de la producción agrícola.

Dado que el suelo es la base de todos los procesos de producción, los científicos se han centrado en encontrar métodos para maximizar sus propiedades beneficiosas (aumentar la fertilidad) y minimizar los daños (evitar la degradación de los distintos tipos de suelo). Por lo tanto, el suelo es el principal medio de producción, ya que es tanto un objeto como un medio de trabajo.

Gracias a los esfuerzos de los investigadores, surgió la agricultura como ciencia. La agricultura permite producir alimentos para las personas, piensos para la industria ganadera y materias primas para el sector de la transformación de alimentos.

La agricultura abarca numerosas disciplinas como el cultivo de plantas, la horticultura, la fruticultura, la viticultura, el cultivo de pastos, etc.

Cabe señalar que la edafología no está incluida en la lista de ciencias mencionadas. Sin embargo, la agricultura se beneficia de sus logros.

Como se puede ver, existe una estrecha interacción entre toda una serie de ciencias para conseguir el máximo efecto de los suelos en cuanto al rendimiento de los cultivos. A principios del siglo pasado, un rendimiento de trigo de 15-20 quintales por hectárea se consideraba excelente. Hoy, 50-60 quintales por hectárea es un resultado mediocre y las mejores explotaciones consiguen 100 e, incluso, 120. Este crecimiento masivo se observa en casi todos los cultivos. ¡El mérito de los científicos es incalculable!

Existen varios métodos para mejorar la fertilidad del suelo: químicos (por ejemplo, la fertilización investigada dentro de la agroquímica), físicos y biológicos. La agricultura se centra en los dos últimos. El uso racional de la tierra cultivable y la mejora de la fertilidad del suelo forman un conjunto de métodos biológicos, químicos y físicos para influir en el suelo.

Todas estas actividades afectan al medio ambiente, a la calidad de los productos, a la salud humana y a toda la vida en la tierra. Por lo tanto, es crucial controlar su corrección y estudiar las posibles consecuencias. Eso es lo que están haciendo los científicos.

Además de introducir sistemas de control y monitorización, la solución a este problema se facilita con la mejora de los sistemas agrícolas zonales y la introducción de tecnologías de protección del suelo para el cultivo de plantas basadas en los principios metodológicos modernos de gestión de la fertilidad del suelo.

Nuestra modernidad, en gran medida, es así gracias a los esfuerzos de los científicos que estudian y desarrollan métodos para regular los regímenes de agua-aire, térmicos y de nutrientes del suelo. Pretenden definir las condiciones óptimas de crecimiento y desarrollo de las plantas, crear medidas de control de las malas hierbas, rotaciones racionales de cultivos y sistemas de labranza. También investigan métodos de uso racional de la tierra, su protección contra la erosión y la obtención de un rendimiento elevado y sostenible con un aumento constante de la fertilidad del suelo.

Háblenos De La Cartografía Digital Del Suelo

Modelar significa analizar datos terrestres, satelitales o aéreos utilizando una amplia gama de algoritmos, o software (GIS, R, Python, etc.) que posee dichos algoritmos en su interior, para crear un mapa de tipos o características de suelos. Al mismo tiempo, dependiendo de la tarea, se pueden crear mapas estáticos (estado actual, pasado o futuro) o dinámicos.

¿Cuáles Son Las Ventajas De Los Mapas Digitales Del Suelo?

La ventaja de los mapas digitales del suelo reside en su inigualable precisión. Los mapas modelados a partir de un enfoque matemático son mucho más precisos que los realizados a mano.

¿Cómo cartografían tradicionalmente los edafólogos los tipos de suelo? Van a un lugar y toman una muestra de suelo en forma de sección transversal en un terreno muy característico; la muestra se parece a una fosa pero con escalones. La excavan hasta que todas las capas del suelo (horizontes genéticos) pueden distinguirse por los gradientes de color y otras características visuales bajo la luz natural. Una vez que los investigadores tienen un conjunto de estas secciones de suelo en las que ya se han estudiado tipos de suelo, construyen manualmente un mapa basado en ellas. Si diéramos el mismo conjunto de datos a 10 edafólogos, harían 10 mapas similares pero con detalles ligeramente diferentes.

Con un enfoque matemático, se puede notar la diferencia. Al analizar los datos del perfil del suelo con un algoritmo que tiene en cuenta las derivadas del modelo digital de elevación (DEM) y las características climáticas, obtendríamos un mapa de mayor precisión que el realizado de forma convencional. Este enfoque también permite obtener un mapa de las llamadas incertidumbres o un mapa de errores que indica las probabilidades de encontrar uno u otro suelo en un punto.

¿Cuáles Son Los Casos De Uso Más Comunes De Los Mapas Digitales Del Suelo?

El primer caso de uso es la elaboración de mapas de propiedades del suelo: mapas que ilustran las características cuantitativas del suelo (por ejemplo, el humus, el contenido de nitrógeno, el pH) y que muestran la distribución espacial de estas propiedades. Estas propiedades pueden definirse incluso dentro de un mismo tipo de suelo.

El segundo caso de uso es la creación de mapas precisos de tipos de suelo. El tipo de suelo (o clase de suelo) es un ejemplo de característica categórica. No se describe cuantitativamente (mediante un número) sino cualitativamente (con palabras: Chernozems, Podzols, Kastanozems). La creación de estos mapas es un enfoque independiente e implica el uso de adaptaciones específicas de algoritmos.

La creación de mapas de tipos de suelo se refiere al nivel más general de la clasificación de suelos. La clasificación incluye las siguientes unidades taxonómicas: tipo, subtipo, género, serie litológica, especie, variante y variedad. Pero podemos modelar el suelo tanto en el nivel más alto (tipos de suelo) como en los inferiores, hasta llegar a la base, obteniendo mapas más detallados. El modelado de la cobertura del suelo a diferentes niveles se refiere a la cartografía de las unidades taxonómicas del suelo.

En 2019, construimos un mapa de los grupos de suelos de producción agrícola de Ucrania, es un ejemplo de este enfoque. Los grupos edafológicos de producción agrícola son una clasificación artificial creada para la agricultura. Combina niveles de unidades taxonómicas de suelos. Los suelos ucranianos pertenecen a 222 clases, cada una con características agrícolas específicas. Estamos muy orgullosos de este proyecto, ya que los investigadores necesitaron 40 años de investigación de campo para hacer la versión anterior (original) de este mapa, que sólo cubría dos tercios del país. Completamos el trabajo para todo el país en 14 meses. La duración mencionada se debió al desarrollo de las herramientas necesarias para este tipo de modelado y ahora los mapas de otros países pueden modelarse muchas veces más rápido.

La tecnología de construcción de mapas de propiedades del suelo es la base para la elaboración de cartogramas agroquímicos (muestran la cantidad de elementos nutritivos para las plantas) utilizados para la planificación del rendimiento de los cultivos y el cálculo de las dosis de fertilizantes minerales para el rendimiento futuro. Un mapa de aplicación de fertilizantes se basa en la información sobre la productividad de las zonas del campo (un mapa de productividad) que se extrae mediante el análisis de los campos con índices de vegetación. Así es como estos indicadores están conectados entre sí.

Ha Hablado De Capas De Suelo, Lo Que Significa Que Cada Una Tiene Sus Propiedades Físicas, Químicas Y Biológicas. ¿Los Mapas Digitales Del Suelo Representan Sólo La Capa Superior Del Mismo?

Los mapas de los que he hablado antes sólo ilustran la capa superior del suelo. Sin embargo, es posible estudiar y describir las capas del suelo situadas a más de 30 cm de profundidad (30 cm es la profundidad de la capa superior del suelo) haciendo mapas volumétricos. A diferencia de los mapas bidimensionales, en los que cada píxel corresponde a una superficie de tierra concreta, estos mapas se realizan en voxeles, también denominados píxeles volumétricos.

La morfometría del suelo es una nueva línea de investigación que se centra en la modelización de los cambios en las propiedades del suelo dentro de su volumen y en la visualización de estos resultados en mapas 3D.

Las raíces de las plantas pueden crecer hasta 1-3 metros de profundidad (por ejemplo, girasol, alfalfa, altramuz), por lo que la información sobre la proporción de elementos en todo el espacio del suelo permite a los agricultores mejorar significativamente la nutrición de los cultivos con fertilizantes. Existe softwarе específico (por ejemplo, SimRoot, SPACSYS, R-SWMS, ROOTMAP, RootTyp) para modelar los sistemas radiculares de los cultivos a escala de campo utilizando datos de vóxeles. De este modo, los investigadores pueden formular recomendaciones sobre el momento y la profundidad de la aplicación de fertilizantes (es posible aplicarlos hasta una profundidad de 60 cm.)

El desarrollo de un modelo de vóxeles de un territorio con suelo anegado y un sistema de drenaje también puede ayudar a los agricultores a optimizar su balance hídrico.

Los Edafólogos Pueden Visualizar La Información Sobre Los Suelos En Forma De Mapas 2D Y 3D. ¿Para Qué Más Se Puede Utilizar La Modelización En Esta Línea De Investigación?

Puede utilizarse para calcular la degradación del suelo. Por ejemplo, los investigadores pueden modelizar los procesos de erosión del agua para definir la cantidad de suelo que será arrastrado cuando llueve con una cubierta vegetal específica (hierba, maíz, trigo sarraceno). Esto les ayudará a estimar los riesgos de daños en el suelo en función del cultivo que se vaya a realizar, a predecir dónde puede producirse exactamente la erosión hídrica y a planificar cómo afrontarla si, finalmente, se produce.

Esta imagen con un mapa digital de flujo de sedimentos muestra los lugares desde donde las partículas son arrastradas y los lugares de máxima concentración. Se puede ver que el modelo, las precipitaciones y la distribución de la lluvia son casi idénticos a los de la foto de la esquina derecha.

El cálculo de la erosión eólica requiere más variables a tener en cuenta, por ejemplo, la fuerza e intensidad del viento, la cobertura del suelo (cultivo de semillas o de cobertura), la presencia o ausencia de una franja cortavientos, etc.

¿Existen Métodos Emergentes De Investigación Del Suelo Dignos De Mención Que Le Gustaría Empezar A Utilizar En Su Trabajo Diario? En Caso Afirmativo, ¿Cuáles Son Sus Limitaciones De Uso?

Sí, esos métodos existen. Además de la modelización de vóxeles de las propiedades del suelo que actualmente sólo se utiliza en las publicaciones científicas, considero muy prometedora la dirección que corresponde a la modelización/mapeo de las unidades taxonómicas del suelo, es decir, la desagregación de los mapas convencionales del suelo. El suelo de grandes áreas de muchos países no ha sido investigado (es costoso), por lo que los mapas de suelos existentes se basan en información relativamente incompleta, aunque, al mismo tiempo, fueron construidos por científicos edafólogos con gran experiencia práctica.

Utilizando el poder de los algoritmos modernos y la tecnología de geoinformación, los especialistas pueden analizar estos mapas algo esquemáticos. Y luego, apoyándose en datos adicionales (datos de teledetección, valores de índices de vegetación, modelo digital de elevación y sus derivados), se puede construir un modelo de cobertura del suelo muy detallado. Sin embargo, quienes trabajan en esta línea de investigación pueden tener dificultades para encontrar mapas escaneados antiguos de determinados países y regiones con suficiente resolución.

También veo excelentes perspectivas en el desarrollo de tecnología para predecir y medir la acumulación de carbono orgánico en los suelos agrícolas y su dinámica utilizando satélites ópticos multiespectrales y sensores SAR bipolares. La acumulación de carbono orgánico en los suelos se produce mediante la captura (secuestro) de dióxido de carbono de la atmósfera por parte de las plantas.

Este enfoque es muy valioso no sólo en términos de beneficios para el suelo, sino también en la lucha contra el calentamiento global. Es necesario cuantificar la relación entre las mediciones del suelo y toda una serie de datos adicionales para desarrollar esos modelos. Considero que la creación de esta tecnología que permite obtener resultados suficientemente precisos es una de las tareas más importantes y desafiantes de implementar. Además de la complejidad algorítmica, la falta de datos de suelo medidos en el laboratorio hace que el problema sea casi irresoluble.