7. ¿Cómo influye la estructura del suelo en las tasas de infiltración y qué procesos provocan su colapso en los sistemas de tierras secas?
Nota sobre autoría: Este artículo ha sido investigado, estructurado y escrito por el autor. La inteligencia artificial se ha utilizado únicamente como apoyo para la traducción al español y la generación de algunas imágenes ilustrativas. Todo el contenido y las conclusiones han sido revisados y son responsabilidad del autor.
Aunque la composición del suelo y la cantidad de agua recibida durante las tormentas suelen entenderse como factores determinantes de las tasas de infiltración de una zona, la propia estructura del suelo desempeña un papel todavía más importante a la hora de determinar cuánto tiempo permanece disponible el agua para infiltrarse hacia las capas inferiores y qué proporción consigue finalmente alcanzar los acuíferos.
La estructura del suelo también constituye una parte fundamental de lo que define un paisaje saludable y de los procesos que pueden conducir a la degradación progresiva de esa capa de suelo.
En este artículo analizaré cómo factores que van más allá de las categorías generales y simplificadas del llamado triángulo de textura del suelo —como la agregación, las costras y capas de hojarasca, la cantidad de materia orgánica del suelo (MOS), así como los distintos horizontes del suelo y su profundidad— permiten comprender mejor lo que está ocurriendo bajo nuestros pies.
También veremos las diferencias entre los perfiles del suelo de ecosistemas secos saludables y aquellos sistemas degradados que evolucionan progresivamente hacia la desertificación.
A generated image depicting Soil horizons in a healthy dryland forested area.
Primero: ¿cómo afectan la estructura y la textura a la infiltración?
Composición, textura y estructura más allá del «triángulo del suelo» y lo que significan para las tasas de infiltración
El triángulo del suelo: una herramienta utilizada para clasificar la textura del suelo.
Para empezar, la textura del suelo permite clasificar un suelo según las proporciones de las partículas minerales que lo componen. Estas proporciones pueden representarse mediante el denominado triángulo textural, que proporciona una indicación general del tipo de suelo presente.
Existen diferentes métodos para estimar la textura.
Uno de los más sencillos consiste en humedecer una pequeña cantidad de suelo y tratar de formar con ella una especie de cilindro o «salchicha» con las manos, observando su consistencia y la capacidad del material para conservar su forma.
Un método algo más elaborado consiste en mezclar una muestra de suelo con agua dentro de un recipiente y dejar que la gravedad separe las partículas en capas diferenciadas. Una vez depositadas, pueden estimarse aproximadamente las proporciones de cada fracción y compararlas con el triángulo de textura.
Existen métodos de laboratorio mucho más precisos, pero el principio general es similar.
A partir de este análisis podemos obtener una primera indicación de la cantidad de arena —normalmente asociada a una mayor capacidad de infiltración—, del contenido de arcilla —relacionado con una mayor capacidad de retención de agua— y del limo, que influye, entre otras propiedades, en la trabajabilidad y comportamiento físico del suelo.
Estas observaciones resultan útiles como una primera aproximación, pero no explican completamente la estructura del suelo, ni las propiedades y limitaciones que determinan realmente el comportamiento hidrológico de un lugar.
Factores adicionales
Gráfico que ilustra algunas de estas influencias sobre la infiltración de agua en el suelo, basado en el estudio «The influence of litter crusts on soil properties and hydrological processes in a sandy ecosystem».
La materia orgánica del suelo (MOS), expresada normalmente como porcentaje, influye de forma importante tanto en la cantidad de agua que puede infiltrarse como en la capacidad del suelo para retenerla durante periodos prolongados.
Según algunas estimaciones, cada incremento de un 1 % en materia orgánica puede aumentar de forma significativa la cantidad de agua que el suelo es capaz de almacenar, además de contribuir a reducir su rápida evaporación (Organic Matter Can Improve Your Soil's Water Holding Capacity).
La compactación del suelo es otra característica estructural fundamental.
Cuando un suelo queda fuertemente compactado, disminuye el espacio existente entre sus partículas y se reduce su permeabilidad. Al desaparecer parte de los poros llenos de aire, el agua dispone de menos rutas por las que infiltrarse.
La compactación puede producirse, por ejemplo, debido al tránsito repetido de personas, ganado o maquinaria pesada.
Por este motivo, determinadas prácticas agrícolas intentan limitar el paso de maquinaria por las mismas superficies o concentrarlo en zonas específicas para reducir sus efectos sobre la estructura del suelo.
Relacionado con ello se encuentra la porosidad, una característica determinada por factores como el tamaño de las partículas, el contenido de materia orgánica y la forma en que las partículas están agregadas entre sí.
Los niveles previos de humedad del suelo también influyen en la cantidad y velocidad del agua que puede infiltrarse.
Cuando determinados suelos se encuentran extremadamente secos, la humectación inicial puede resultar lenta y una parte importante de las primeras precipitaciones puede convertirse en escorrentía antes de que la superficie comience a absorber agua con mayor eficacia.
A medida que aumenta el contenido de humedad, la infiltración continúa hasta que el suelo se aproxima a su capacidad de campo, momento a partir del cual su capacidad para almacenar más agua disminuye considerablemente.
Los horizontes del suelo (O-A-E-B-C) y su relación con la infiltración
Horizontes de un suelo degradado en tierras secas.
El concepto de horizontes del suelo es una manera de describir las diferentes capas que pueden desarrollarse desde la superficie hasta alcanzar el material parental o la roca situada en profundidad.
La capa superior es el horizonte O, la capa orgánica, formada por hojarasca, restos vegetales y otros materiales orgánicos en diferentes fases de descomposición.
Esta capa desempeña un papel fundamental porque proporciona materia prima para la formación del suelo y nutrientes a las capas inferiores.
También alberga una intensa actividad biológica producida por microorganismos, hongos y pequeños organismos que participan en la descomposición de estos materiales.
Debajo se encuentra el horizonte A, normalmente asociado al suelo superficial o topsoil.
Esta capa contiene una mezcla de minerales y materia orgánica y constituye una de las zonas más importantes para el desarrollo de las raíces finas de las plantas, que absorben allí agua y nutrientes.
Con la ayuda de la actividad microbiana, es precisamente esta parte del perfil del suelo la que puede comenzar a formar la «esponja» natural que necesitamos para absorber las pulsaciones de agua generadas por los episodios de lluvia.
En términos generales, cuanto mayor sea el contenido de materia orgánica del suelo, mayor puede ser su capacidad de campo y, por tanto, su capacidad para conservar agua durante periodos más prolongados.
Uno de los factores fundamentales es el tiempo que el suelo permanece dentro de la ventana comprendida entre la capacidad de campo y el punto de marchitez permanente.
Dentro de este intervalo existe suficiente humedad disponible para que las plantas puedan utilizarla y, al mismo tiempo, para que una parte del agua pueda continuar infiltrándose lentamente hacia las capas inferiores y contribuir eventualmente a la recarga de las aguas subterráneas.
Cuando el contenido de agua supera durante demasiado tiempo la capacidad de almacenamiento del suelo, se produce drenaje hacia capas más profundas y, cuando la intensidad de las precipitaciones supera la capacidad de infiltración, puede generarse escorrentía superficial y erosión.
Por el contrario, cuando existe demasiado poca humedad, disminuye la actividad biológica y las capas superficiales pueden desecarse, quedando más expuestas a la erosión causada por el viento.
En condiciones favorables, los horizontes superiores alcanzan suficiente profundidad para almacenar agua y permitir que los procesos de formación del suelo continúen de manera eficaz, generando gradualmente nuevo material fértil.
¿Costras? Costras biológicas frente a capas de hojarasca y materia orgánica del suelo
Las costras que se forman en la superficie del suelo constituyen también una parte importante del funcionamiento de los ecosistemas de tierras secas y responden directamente a las condiciones ambientales y climáticas existentes.
Aunque desde cierta distancia pueden resultar prácticamente imperceptibles, pueden ejercer una influencia considerable sobre la evolución del suelo que protegen.
Las costras biológicas del suelo, o biocostras, son comunes en numerosos ecosistemas áridos y semiáridos y pueden estar formadas por combinaciones de cianobacterias, algas, líquenes, musgos y otros microorganismos.
Forman una capa relativamente fina, desde apenas unos milímetros hasta espesores mayores en determinados lugares, que interactúa directamente con las lluvias esporádicas.
Estas comunidades pueden reducir la energía con la que las gotas de lluvia alcanzan las partículas del suelo, estabilizar la superficie y absorber parte de la humedad recibida.
Su efecto sobre la infiltración hacia las capas inferiores puede variar dependiendo de la composición de la biocostra, el tipo de suelo y las condiciones locales.
Infografía que muestra el papel, a menudo infravalorado, que desempeñan las capas de hojarasca dentro de los ecosistemas.
En cambio, las capas de hojarasca se forman a partir de hojas, ramas pequeñas y otros restos vegetales que caen sobre la superficie.
Esta capa se acumula durante sucesivas estaciones allí donde las condiciones lo permiten y también intercepta la lluvia.
Sin embargo, en este caso la hojarasca puede proporcionar numerosos beneficios adicionales al suelo situado debajo.
(Véase The influence of litter crusts on soil properties and hydrological processes in a sandy ecosystem, de Yu Liu).
Las capas de hojarasca pueden almacenar cantidades importantes de agua y proporcionar sombra a la superficie, reduciendo considerablemente la temperatura del suelo situado debajo.
Este efecto resulta especialmente valioso en las condiciones semiáridas de Almería, donde las temperaturas ambientales durante el verano pueden superar con facilidad los 40 °C y las temperaturas de las superficies expuestas pueden ser todavía mayores.
La propia hojarasca se fragmenta gradualmente en partículas cada vez más pequeñas y termina descomponiéndose hasta contribuir a la formación de humus y nuevo suelo.
Dentro de estas capas y de las zonas inmediatamente inferiores se desarrolla además una compleja comunidad de hongos, bacterias e invertebrados.
Estos organismos consumen y transforman la materia orgánica, liberando enzimas y otros compuestos que continúan descomponiendo el material y poniendo a disposición de las plantas muchos de los elementos químicos necesarios dentro del ecosistema.
Organismos de mayor tamaño, como lombrices e insectos excavadores, pueden crear canales dentro del suelo mientras transforman y mezclan los materiales orgánicos y minerales.
Estos canales proporcionan vías adicionales para la infiltración del agua y para que las raíces penetren más profundamente.
Las sustancias orgánicas producidas por organismos de distintos tamaños también ayudan a mantener unidas las partículas del suelo, favoreciendo la formación de agregados estables.
Dentro de estos agregados puede almacenarse agua que posteriormente queda disponible para ser utilizada por las plantas.
Segundo: procesos que favorecen la degradación y factores que pueden influir en la formación y acumulación de suelo
Cambio climático y fenómenos extremos como las inundaciones
Procesos como los episodios meteorológicos extremos, el aumento de la intensidad de determinadas tormentas, las lluvias torrenciales, las sequías y los incendios forestales pueden crear circunstancias en las que se produce una pérdida mucho mayor de la capa de suelo existente.
Una avenida súbita, por ejemplo, puede arrancar cantidades considerablemente mayores de valioso suelo superficial que un episodio normal de escorrentía.
El cambio climático provocado por las actividades humanas está modificando diversos riesgos climáticos y aumentando determinados extremos meteorológicos.
El informe de la Agencia Europea de Medio Ambiente disponible aquí —What will the future bring when it comes to climate hazards?— muestra la evolución esperada de numerosos peligros climáticos en Europa.
Estamos avanzando hacia un clima diferente y, en muchos aspectos, más extremo. Europa se está calentando rápidamente y los riesgos asociados a determinados fenómenos extremos están aumentando.
Cada incendio forestal elimina parte de la vegetación y de la cobertura que protege el suelo frente a los elementos.
Posteriormente, el viento puede erosionar la superficie expuesta y las siguientes tormentas pueden eliminar cantidades todavía mayores de suelo.
Cambios en el uso del suelo
La pérdida de los aportes naturales de materia orgánica provocada por la deforestación, determinadas prácticas agrícolas y el sobrepastoreo también contribuye a la degradación progresiva del suelo.
Cuando el ganado ejerce una presión excesiva sobre un terreno, puede dañar o impedir la regeneración de la vegetación restante.
Incluso cuando un territorio se transforma en un paisaje aparentemente verde cubierto por pastos y pequeños arbustos, esto no significa necesariamente que el suelo pueda mantener indefinidamente su fertilidad y estructura.
Si las extracciones de nutrientes y materia orgánica superan de forma continuada las aportaciones, el suelo puede degradarse lentamente durante décadas hasta alcanzar un punto en el que incluso las especies utilizadas para alimentar al ganado tengan dificultades para mantenerse.
Sin una aportación continuada de material vegetal procedente de una cubierta natural o manejada adecuadamente, la estructura y fertilidad del suelo pueden deteriorarse con el tiempo.
Otro cambio importante de uso del territorio es la cobertura del suelo mediante superficies impermeables como el hormigón y el asfalto.
Estas superficies eliminan prácticamente toda interacción entre la lluvia y el suelo situado debajo e impiden la infiltración directa del agua.
En su lugar, grandes volúmenes de agua son desviados hacia sistemas de drenaje.
Estos flujos concentrados pueden trasladar el problema a otros lugares, provocar erosión aguas abajo o desplazarse rápidamente hacia el mar transportando contaminantes y una humedad que, de otro modo, podría haber permanecido dentro de la cuenca.
El resultado es una pérdida prácticamente completa de la posibilidad de infiltración en las superficies selladas.
Conclusión
En resumen, la importancia de las capas superficiales del suelo para el funcionamiento de los ecosistemas está ampliamente documentada.
Las costras superficiales, la hojarasca y el suelo fértil de los horizontes superiores pueden determinar en gran medida la capacidad de un ecosistema para retener humedad e infiltrar agua hacia capas más profundas.
Los procesos mediante los cuales los invertebrados ingieren, transportan y transforman partículas del suelo, combinados con la actividad de microorganismos y hongos que descomponen materiales orgánicos, contribuyen a formar los agregados que caracterizan a un suelo sano.
La estructura resultante determina, en gran medida, cuánta agua puede almacenarse, cuánto tiempo permanece disponible y qué cantidad puede ser utilizada posteriormente por la vegetación.
Las plantas no pueden sobrevivir ni desarrollarse plenamente sin estos componentes del ecosistema.
Al mismo tiempo, los organismos del suelo dependen de las plantas, que introducen continuamente carbono y otros compuestos orgánicos en el subsuelo mediante las raíces, sus exudados y la materia vegetal que posteriormente se descompone.
Existe, por tanto, una relación de dependencia mutua.
Si eliminamos cualquiera de estos componentes, retiramos uno de los pilares que mantiene el funcionamiento del sistema.
Si se pierden suficientes pilares, el funcionamiento del ecosistema comienza a deteriorarse y puede terminar colapsando.
Como se ha explicado anteriormente, numerosos factores externos pueden interrumpir estos procesos.
Aunque sus efectos no siempre sean inmediatos, si las pérdidas superan de forma persistente la capacidad natural de regeneración, el resultado final puede ser un territorio cada vez más pobre, erosionado y árido.