Modelos Conceptuales y Representaciones del Sistema Suelo 5: El Suelo Como Manto Transmisor de Agua

Modelos Conceptuales y Representaciones del Sistema Suelo 5:

El Suelo Como Manto Transmisor de Agua

(con la física hemos topado 2)

Las herramientas básicas para interpretar los datos se sustentan en la aplicación de modelos matemáticos: empíricos, deterministas y/o estocásticos, y más recientemente con los relacionados con las ciencias de la complejidad. Un ejemplo sería la utilización de modelos de flujo en medios porosos que hacen uso de los recientes progresos en física y matemáticas del caos. Las funciones de edafotransferencia de propiedades físicas son usadas, frecuentemente, para estimar algunos de los parámetros estos modelos. La presente representación tiene en los estudios de erosión, estabilidad de laderas, respuesta hidrológica de cuencas y parcelas experimentales, etc., sus principales campos de aplicación. Por tanto, mediante ella, pueden abordarse ciertos estudios de calidad ambiental, riesgos naturales, planificaciones agrícolas, forestales y urbanas, etc. La escala temporal adecuada para el análisis de los procesos considerados oscila desde unas pocas semanas (incluso días) a cientos de años.

Como hemos mentado en otras notas, la demanda social sobre información de suelos en el contexto del ciclo hidrológico y la contaminación de aguas es cada vez más acuciante, especialmente en los países más industrializados o con problemas de escasez en este recurso natural. Así, por ejemplo, en el VI Programa Marco de la UE, que lamentablemente no considera al suelo como un objetivo prioritario de investigación, por lo que tan solo pueden intervenir edafólogos en los proyectos de cambio climático y en los que afectan al ciclo hidrológico, con especial énfasis en el análisis de cuencas de drenaje. Sin embargo, con la física hemos topado una vez más.

Una cuestión es conocer o cuantificar ciertas propiedades físicas del suelo, tales como: densidad aparente, densidad real, macroporosidad, microporosidad conductividad hidráulica, etc., y otra bien distinta modelizar adecuadamente el comportamiento del agua en el suelo. Hasta la fecha, todos los intentos realizados no han alcanzado el fruto deseado. Mientras por un lado los físicos que trabajan en el laboratorio abordan cada vez ecuaciones matemáticas de mayor sofisticación y complejidad, a nivel de campo, los modelos matemáticos realizados en parcelas y microcuencas experimentales son raramente extrapolables con éxito a otras localidades o enclaves geográficos. Del mismo modo, los inventarios y cartografías tradicionales del suelo no han recolectado en la mayoría de las ocasiones información sobre las variables mencionadas al inicio de este parágrafo. Este hecho ha obligado a recurrir al auxilio de las denominadas funciones de edafotransferencia y reglas de taxotransferencia.

Las funciones de edafotransferencia pretenden extraer, mediante modelos de regresión lineal (u de otro tipo), información cuantitativa, haciendo uso de pocas muestras testigo en las que las susodichas variables han sido medidas, así como de otras muchas que sí son contempladas en los inventarios tradicionales (granulometría y, a veces, contenido en materia orgánica), con vistas a obtener estimaciones cuantitativas de las primeras. Dicho de otro modo, en primer lugar se toman muestras en ciertos suelos (previamente muestreados en inventarios previos de una cierta área, región y tipo de suelos, con vistas a estimar, densidades, porosidades, conductividades hidráulicas, etc. así como granulometrías y materia orgánica -MOS). Seguidamente se estima una regresión lineal (por ejemplo) para determinar como se relacionan granulometría y MOS con las susodichas variables físicas. Seguidamente, como los resultados de los inventarios realizados previamente en ese enclave que tienen información de las primeras, se infieren las segundas.

Por su parte, las reglas de taxotransferencia pretenden extraer una información, ya a priori menos precisa a partir del comportamiento físicamente esperado (muy aproximado) para un determinado tipo suelo o edafotaxa.    

Se trata de aproximaciones a las que la comunidad de expertos en ciencias del suelo le ha prestado excesiva atención con escaso éxito. En un Proyecto de Investigación financiado por la UE en la década de los 90,  y realizado en diversos países y ambientes, las predicciones obtenidas fueron paupérrimas. Y no me refiero al comportamiento hidrológico del suelo, sino a la fiabilidades de las estimas de las variables físicas a partir de datos de MOS y texturas (granulometría = porcentaje de arena, limo y arcilla). Sinceramente estaba muy sorprendido de que muchos expertos consideraran que se trataba de una línea digna de ser explorada con tanta atención y recursos.  

Independientemente, si bien los estudios de laboratorio siguen siendo necesarios, las condiciones controladas en las que se realizan difícilmente dan cuenta de la complejidad y magnitud del comportamiento hidrológico del suelo a nivel de campo. Las experiencias más frecuentes se llevan a cabo en columnas de escaso diámetro y menor profundidad, con muestras de suelo homogéneas de los horizontes superficiales del suelo, e incluso con muestras «artificiales», no teniendo en cuenta la diferente granulometría y MOS de los horizontes del suelo en profundidad. Y aún así el suelo, como medio poroso heterogéneo, ya resulta difícilmente modelizable, por cuanto su dinámica obedece a una física no lineal. La Teoría de la Percolación, rama del conocimiento perteneciente a la física y matemáticas de los sistemas complejos es muy ilustrativa a tal respecto. En cualquier caso tal simplicidad de las condiciones experimentales no ocurre jamás sobre el terreno.

Resultaría muy prolijo analizar aquí detalladamente toda esta problemática. Tan solo apuntaremos que muchas de las propiedades físicas de los suelos cambian rápidamente en el tiempo y a menudo con impactos ambientales mínimos o frecuentes. Así por ejemplo las denominadas costras y sellos del suelo (dispersión de los agregados del suelo en sus partículas texturales elementales), generados por el impacto de las gotas de lluvia sobre su superficie desnuda (carente de cobertura vegetal) en un momento dado, modifican drásticamente el comportamiento del suelo en lo concerniente a la cantidad de agua infiltrada y de escorrentía (que corre pos su superficie). Un incendio forestal que elimina la cobertura, el pisoteo del ganado, la compactación (empaquetamiento más prieto de las partículas granulométricas) del sistema edáfico propiciado por el uso (o abuso) de la maquinaria agrícola en un momento poco propicio, modifican drásticamente el comportamiento hidrológico del sistema edáfico.

Más aún, en los modelos actuales no suele tenerse en cuenta, a la par que resulta harto difícil cuantificar con precisión hechos de enorme relevancia. Citaremos tan solo algunos de ellos:

·        La cantidad de agregados del suelo cambia en función de la biomasa microbiana, fluctuando esta drásticamente a lo largo del año)

·        No se tiene en cuenta que el agua circula preferentemente por la red de grietas de la estructura del suelo

·        Los canales generados por las raíces efímeras y/o perennes de las plantas facilita la infiltración, por lo que habría que tener un mapa de su distribución con vistas a alcanzar simulaciones más precisas.

·        Muchos suelos contienen gravas, cantos e incluso bloques de piedras (a veces de toneladas de peso) cuya composición, textura, grado de alteración biogeoquímica, etc., condicionan en gran medida la circulación del agua

·        Los organismos del suelo generan y destruyen canales, modifican la agregación, etc., y son de gran importancia, pero varían también a nivel estacional.

·        Ciertos suelos generan horizontes endurecidos (de carbonato cálcico, yeso, hierro, hielo, etc.) a ciertas profundidades, llegando a frenar e incluso impedir el flujo gravitacional del agua

Finalmente hay que tener en cuenta que el agua es un fluido que recorre el suelo bajo la influencia de la gravedad y la pendiente del terreno, ya sea en profundidad hasta los acuíferos y aquitardos, ya lateralmente en dirección a las hondonadas y/o cauces fluviales.  En otras palabras el agua no respeta las fronteras edáficas y se encuentra tan condicionada por las propiedades del suelo como por el propio relieve. En consecuencia una aproximación estrictamente edafológica al ciclo hidrológico es espuria. Mucho más, la infiltración y retención de agua en un suelo también depende del contenido previo de este último. Por ejemplo un suelo cuyas propiedades para la infiltración sean idóneas, no permitirá la circulación del agua si previamente a sido saturado por otro evento fluvial previo. Así pues, el suelo funciona como una esponja, que debido a su porosidad heterogénea y otros factores, resulta harto difícil m modelizar.

Sin ser experto en la materia, tengo la impresión de que los procedimientos basados en un escalamiento ascendente (scaling up en anglosajón), es decir comenzando por analizar lo que ocurre a escalas de detalle y generalizar hacia las más groseras (como es el caso de partícula a edafotaxa, de estos al paisaje, cuenca, región, etc.) no dará resultados satisfactorios mientras no se complemente por otro descendente (scaling down en anglosajón), basado en sensores remotos (ya sean satelitales o sobre el terreno). Quizás con esta táctica de pinza, se pueda llegar un día a aproximarnos mejor comprender los aspectos estructurales y dinámicos de la física del suelo con vistas a modelizar comportamiento hidrológico. Hoy por hoy este tema sigue siendo uno de los grandes retos de las CC. del Suelo, a la par que una demanda social imperativa.

UHF. Mamma Mia. Que rollo os he metido. Empero era menester.

Juanjo Ibáñez

(El plasta de Administrados que os ha tocado sufrir)