CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS

Resiliencia y protección agroambiental de los suelos Ferralíticos Rojos en regiones Kársticas del Occidente de Cuba

Resilience and agro-environmental protection of Red Ferrallitic soils in Karst regions of Western Cuba

0000-0002-9360-1117José Manuel Febles González^{1  *}  , 0000-0002-2776-8779José Miguel Febles Díaz¹  , 0000-0001-6745-5382Marina Beatriz Vega Carreño²  , 0000-0002-5124-0173Angelina Herrera Sorzano³  , 0000-0002-1880-8951Ana Victoria Maura Santiago⁴  , 0000-0002-7420-3340Alfredo Tolón Becerra⁵  , 0000-0002-5053-7338Nelson Moura Brasil do Amaral Sobrinho⁶  , 0000-0001-8106-0504Everaldo Zonta⁶  , 0000-0001-9820-0497Alexei Martínez Robaina⁷ 

¹ Centro Investigaciones Marinas. Universidad de La Habana. La Habana, Cuba

² Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. La Habana, Cuba

³ Facultad de Geografía. Universidad de La Habana. La Habana, Cuba

⁴ Facultad de Contabilidad y Finanzas Universidad de La Habana. La Habana, Cuba

⁵ Universidad Federal Rural de Río de Janeiro. Rio de Janeiro, Brasil

⁶ Universidad de Almería. Almería, España

⁷ Universidad de Pinar del Río. Pinar del Río, Cuba

RESUMEN

Introducción.

A partir de investigaciones iniciadas durante el año 1986, que constituyen la línea base de la información, se demuestra por primera vez, la capacidad de resiliencia de los suelos Ferralíticos Rojos en la llanura kárstica meridional Habana-Matanzas, como resultado de un proceso multifactorial, condicionado no solo por las propiedades intrínsecas de la cobertura edáfica y condiciones de uso, sino dependiente de las condiciones geólogo-geomorfológicas.

Métodos.

Se tomó como referencia el perfil C₁ (sin erosión aparente), localizado en un área en biostasia como línea base, para evaluar en los diferentes escenarios la magnitud de pérdida de los suelos Ferralíticos Rojos a través de las depresiones kársticas mediante el modelo de predicción de Kay et al. (1994).

Resultados.

Se concluyó que bajo prácticas agrícolas normales los suelos Ferralíticos Rojos afectados por erosión se recuperarían en un período de 50 años, mientras que de acuerdo con el grado de impurezas de las calizas les tomaría entre 100 años y 600 años. Se recomendó a las autoridades la necesidad de aplicar definitivamente los resultados obtenidos por más de 3 décadas en la determinación de las modalidades específicas que asume la degradación de los suelos Ferralíticos Rojos, para que su degradación deje de ser mito y se convierta en un asunto de prioridad para el plan de soberanía alimentaria y educación nutricional de Cuba post-COVID-19, ya que representan el máximo potencial para satisfacer lo que el país actualmente demanda para las producciones agropecuarias.

Palabras-clave: degradación; Karst; soberanía alimentaria

ABSTRACT

Introduction.

Based on research initiated during 1986, which constitutes the baseline information, the resilience capacity of the Red Ferrallitic soils in the southern Karstic plain Havana-Matanzas is demonstrated for the first time, as a result of a multifactorial process, conditioned not only by the intrinsic properties of the soil cover and conditions of use, but also dependent on the geological-geomorphological conditions.

Methods.

The C₁ profile (without apparent erosion), located in an area in biostasis, was used as a baseline to evaluate the magnitude of loss of Red Ferrallitic soils through Karst depressions in different scenarios using the prediction model of Kay et al. (1994).

Results.

It was concluded that under normal agricultural practices the Red Ferrallitic soils affected by erosion would recover in a period of 50 years, while according to the degree of limestone impurities it would take between 100 to 600 years. It was recommended to the authorities that it was necessary to definitively apply the results obtained for more than three decades in the determination of the specific modalities assumed by the degradation of the Red Ferrallitic soils, so that their degradation ceases to be a myth and becomes a priority issue for the food sovereignty and nutritional education plan of Cuba post-COVID-19, since they represent the maximum potential to satisfy what the country currently demands for agricultural productions.

Key words: Degradation; Karst; food sovereignty

INTRODUCCIÓN

Los estudios a largo plazo sobre el manejo de ecosistemas kársticos, generan resultados prácticos y contribuciones significativas a su comprensión y justifican las investigaciones realizadas por más de 36 años por Febles JM et al.¹ en los suelos Ferralíticos Rojos de la llanura kárstica meridional Habana-Matanzas. Estos autores han evaluado integralmente los efectos de la morfogénesis kárstica en los procesos de erosión, sedimentación y contaminación por metales pesados de los suelos Ferralíticos Rojos, tanto en ambientes poco perturbados como inducidos, demostrando que los procesos de karstificación se incrementan través de las formas de absorción kársticas superficiales. Sin embargo, hasta el presente, ^2,3 se continúa clasificando a los suelos Ferralíticos Rojos como "no erosionados" generando incertidumbre en la perspectiva de promover una política para su protección agroambiental, ⁽⁽⁴ especialmente cuando estos suelos representan el 23,56 % del fondo de tierras agrícolas a nivel nacional y ocupan entre el 80 % y el 85 % de la superficie karstificada de las provincias de Mayabeque y Artemisa con una superficie de 5731 km², coincidentes con las zonas de mayor producción agrícola, densidad de población y con las cuencas más importantes del territorio, ⁵ con importancia estratégica para la seguridad alimentaria de la nación y un valor edafológico-patrimonial incuestionable. Teniendo en cuenta estos antecedentes, el presente trabajo tiene como objetivo evaluar la capacidad de resiliencia de los suelos Ferralíticos Rojos bajo un enfoque agroambiental ante los procesos de erosión hídrica y kárstico-erosivos en localidades de referencia de kársticas de la provincia Mayabeque.

Resiliencia de los suelos Ferralíticos Rojos

La degradación de los suelos constituye un problema fundamental de la agricultura cubana y persiste una diversidad de enfoques para evaluar la erosión de los suelos a partir de una muy somera adaptación de la clasificación del Soil Survey Staff, ⁶ que no expresa con objetividad las modalidades específicas que asume la erosión de la cobertura edáfica en las regiones kársticas en el occidente de Cuba, ni la capacidad de resiliencia propuesta por varios autores. ^7-10

Donde la resiliencia del suelo (Rs) puede ser establecida de la tasa de cambio de la calidad del suelo (Sc) en el tiempo (t):

Es de significar que ninguno de estos valores ha sido obtenido en regiones kársticas para estimar el tiempo en alcanzar el estado de equilibrio o recuperar su potencial de servicio ecosistémicos.

MÉTODOS

La investigación se desarrolló en la porción central la llanura kárstica meridional Habana-Matanzas (figura 1), en el polje de San José de Las Lajas con una extensión aproximada de 469,80 Km², donde la dinámica kárstico-erosiva muestra diferentes grados de desarrollo en conformidad con las condiciones de uso y manejo a que han estado sometidos los suelos a partir de investigaciones iniciadas durante el año 1986 que constituye la línea base de la información.

Fig. 1 Localización del área de estudio. A) Mapa de suelos. B) Mapa de uso de suelos de las localidades Rosafé Signet y Aljibe en el polje San José de Las Lajas. 

Los suelos más difundidos son predominantemente del tipo Ferralítico Rojo lixiviado, que se puede correlacionar con el nitisol ródico éutrico ^11,12 y a los órdenes ultisol y oxisol de la Soil Taxonomy,¹³ donde las diferencias están dadas por el tipo de utilización de la tierra y la distribución de los horizontes. La composición textural generalmente posee contenidos de arcilla mayores del 60 % con horizonte B argílico, bien drenado y con pH entre 6,0 y 7,0. Las muestras de suelos fueron seleccionadas según describen Febles González JM et al. ¹⁴ mediante un esquema radial que comprendió un total de 122 puntos con barrena y 12 perfiles principales y de control, que fueron descritos, muestreados y caracterizados hasta profundidades nunca inferiores a los 100 cm, para examinar mediante análisis descriptivo-comparativos la manifestación e intensidad de la erosión.

Se tomó como referencia el perfil C₁ (sin erosión aparente) localizado en un área en biostasia y con una profundidad inicial del horizonte A_0-490 mm como línea base (tabla 1), para evaluar en diferentes escenarios la magnitud de pérdida de los suelos Ferralíticos Rojos a través de las depresiones kársticas mediante la aplicación del modelo MMF, ^15,16 considerando la variabilidad climática y sus propiedades físicas, físico-químicas y químicas. ¹⁷

Tabla 1 Comportamiento de las propiedades físicas de los suelos. Unidad “Rosafé Signet”. Provincia Mayabeque 

Prof.	% de las fracciones en mm				Mg.m ^-3		%
(cm)	A. Gruesa 2-0,2	A. Fina 0,2-0,02	Limo 0,02-0,002	Arcilla ( 0,002	Densidad del suelo	Densidad fase sólida	Pt
Perfil C1 (sin erosión aparente) (Febles y Martín, 1986)
Ferralítico Rojo hidratado
0 - 10	18,52	17,20	13,20	51,08	1,35	2,68	54,00
10-20	20,03	15,52	12,40	52,05	1,37	2,70	54,00
Perfil C1 (Gonou y Febles, 1997)
Ferralítico Rojo hidratado
0-10	20,72	17,44	12,97	48,87	1,34	2,72	55,61
10-20	20,08	15,96	11,99	51,97	1,36	2,77	56,25
Perfil C1 (Febles y Vega, 2009)
Ferralítico Rojo hidratado
0-10	21,63	18,12	12,40	47,85	1,35	2,70	50,00
10-20	22,33	15,96	11,76	49,95	1,36	2,71	50,18

El análisis morfométrico de las formas de absorción kársticas (dolinas) se realizó a escala 1:10 000 y constituyó el índice diagnóstico fundamental para evaluar las manifestaciones e intensidad de la karstificación corroborado en los recorridos exploratorios de acuerdo con la propuesta de Cherlinka. ¹⁸. Las unidades de peso (t ha^-1 año^-1) correspondientes al período 1986-2019 fueron convertidas en unidades de longitud (mm año^-1) de acuerdo a la propuesta de Geler T ¹⁹ y la interpretación de los límites de tolerancia de pérdidas según el modelo USLE, ²⁰⁾ adaptado por Mc. Cormack et al. (1982). Los trabajos geofísicos se realizaron a través de 15 perfiles trazados en dirección NW-SE y distancias entre ellos de 100 m; utilizándose los métodos de perfilajes eléctricos, simétricos y verticales, con el dispositivo simétrico Schlumberger. ²¹

Para el cálculo de la resiliencia fue seleccionada la ecuación de Kay et al. (1994). ⁽⁷ según la ecuación siguiente:

Donde

S ^0	es el valor de S al inicio del nuevo uso del suelo cuando t es igual a tiempo inicial
S max	es el cambio máximo proyectado en S
k	es la constante de velocidad
t 1	es el tiempo entre la introducción del nuevo uso del suelo en el tiempo de medición (t = 0)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las pérdidas de suelos Ferralíticos Rojos en el Karst y su capacidad de resiliencia

Cuando se pretende describir la situación de los suelos Ferralíticos Rojos en los territorios investigados en un contexto espacio-temporal, todo análisis transita por las fases de la morfogénesis kárstica en que se encuentran, respecto a sus atributos físicos, químicos y biológicos que puedan favorecer, limitar o inhibir su resiliencia. El incremento de las dimensiones morfométricas de las dolinas durante los años 1986-2019 (figura 2), confirma que se desarrolla un proceso o modalidad erosiva inherente a los suelos Ferralíticos Rojos, cuyas manifestaciones más evidentes resultan la amplitud de su diámetro medio a expensas de la reducción de los espacios interfluviales, con una irreversibilidad de la karstificación en su evolución unidireccional. ²²

Fig. 2 Evolución del diámetro medio de las dolinas en el centro I.A. Rosafé Signet. polje de San José de Las Lajas. Provincia de Mayabeque. Período1986-2019. 

El avance de los parámetros morfométricos de las depresiones kársticas ha conllevado sostenidos incrementos en los volúmenes de pérdidas los cuales sobrepasan los valores umbrales de tolerancia de 12,5 t.ha^-1 año^-1 propuestos por Soil Survey Staff ⁽²³ para los suelos derivados de rocas calizas y que convertidos en unidades de longitud ¹⁹ muestran reducciones en los horizontes A+B entre 0,98 mm^-1, 20 mm año^-1, lo cual ha generado afectaciones considerables del fondo de tierra, que corrobora de forma cuantitativa lo que expusieran (tabla 2). ⁵

Tabla 2 Volumen de pérdidas de suelos con los valores de equivalencia de remoción superficial en las localidades de referencia del polje de San José de Las Lajas 

Dolina	Línea base 1986		Períodos de obtención de datos
			1997		2009		2019
	Volumen (t ha^-1 año^-1)	Superficial (mm año^-1)	Volumen (t ha^-1 año^-1)	Superficial (mm año^-1)	Volumen (t ha^-1 año^-1)	Superficial (mm año^-1)	Volumen (t ha^-1 año^-1)	Superficial (mm año^-1)
Media	12,33		0,98 A	13,292	1,05 A		13,70	1,20 A	15,55	1,18 A

Leyenda: A: Alto; MA: Muy alto y T: Tolerable

La subvaloración de los procesos expuestos pudiera transformar en las próximas 2 o 3 décadas estos agro-ecosistemas, dejando improductivas áreas que en el pasado fueron aptas para una amplia gama de usos agrícolas como lo alertaran Febles González JM et al.²⁴

Resiliencia de los suelos Ferralíticos Rojos en el polje de San José de Las Lajas

La aplicación de la ecuación (2) toma como referencia los resultados de investigaciones realizadas por Febles González, J. M et al. ²⁵ para simular el tiempo que tardarían los suelos Ferralíticos Rojos de esta subregión para alcanzar el estado de equilibrio.

Dónde: S ⁰ es igual a 1,078 mm año^-1 tasa media de pérdidas de suelos Ferralíticos Rojos registrada in situ bajo cultivos de pastos en el período 1986-2009; (S _max es igual a perfil C_{1 (sin erosión aparente)} localizado en un área en biostasia, con una profundidad inicial del horizonte A_{0 - 490} mm.

De acuerdo a las tasas de formación de suelos seleccionadas (^26,27,28,29), se renovaría bajo prácticas agrícolas normales el 100 % del horizonte A_{0 - 490} mm a los 50 años, mientras que con el porcentaje de impurezas que posean las calizas se restablecería esa misma profundidad a los 100 años y 600 años respectivamente (figura 3).

Fig. 3 Resiliencia de los suelos Ferralíticos Rojos en el polje de San José de Las Lajas. Provincia Mayabeque. 

Es de significar que esta renovación del horizonte A del solum en estos lapsus de tiempos, se asume considerando exclusivamente las propiedades intrínsecas de los suelos Ferralíticos Rojos y no al ambiente geológico asociado a su génesis y evolución, es decir; el kárstico, que modula el proceso de resiliencia antes descrito bajo una condición hipotética, es decir; en ausencia del inevitable proceso de ampliación de las depresiones kársticas o “dolinización” (con marcada tendencia hacia el endorreísmo), posibles cambios en el uso de la cobertura edáfica, impactos de los eventos hidrometeorológicos extremos asociados al cambio climático, etc., que hacen que el proceso de recuperación del potencial ecosistémico del suelo resulte mucho más lento e incluso irreversible, si llegara a su fase paroxismal o de retrogresión edafológica, lo que coincide con los resultados obtenidos por varios autores ^30-32 en regiones similares.

Asimismo, el grado de impurezas de las calizas puede retardar la rehabilitación del suelo Ferralítico Rojo en cientos de años en conformidad con las prácticas agrícolas establecidas (figura 9). En este contexto y aun cuando el uso histórico de estas localidades ha sido el cultivo permanente de pastos desde el año 1966, se convierten en verdaderos sumideros al propiciar el ingreso de C almacenado en el suelo después de su aprovechamiento, ³³ donde la zona edáfica es responsable de la mayor parte de la agresividad química de las aguas enriquecidas en CO₂, que originan el progresivo avance de la morfogénesis kárstica, caracterizada por una irreversibilidad del proceso en su evolución unidireccional, resultado prácticamente inédito en la literatura edafológica y constituye una de las causas que influye en la incertidumbre sobre el estado de degradación de los suelos Ferralíticos Rojos, caracterizada por la ausencia de estrategias para su conservación y mejoramiento.

La resiliencia y el costo ambiental de la erosión de suelos Ferralíticos Rojos

A tenor con estos resultados Maura Santiago et al. ⁽³⁴ estimaron en el polje de San José de Las Lajas los costos de la pérdida de productividad de los suelos Ferralíticos Rojos por hectárea para escenarios futuros a través de las formas de absorción kársticas (dolinas), mediante la ecuación propuesta por SAGARPA: ³⁵

Donde:

Ci	es el costo de la erosión por hectárea en el sitio i
Pm	es el precio de mercado por tonelada de producto agrícola
∆yij	es la pérdida de producto en t. ha ^-1 asociada a la pérdida de centímetros de suelo en el sitio i

El eje vertical (figura 4) muestra el costo por hectárea y el horizontal, los centímetros de suelo erosionados Para el Escenario I (1986-2009) se obtuvo ?#63426;_{1 (15 años)} = 0,11 cm año^-1 de suelo erosionado, superior al método de lotes de escurrimiento, pero aún en el rango conservador estimado por SAGARPA ³⁵ de 0,15 t. ha^-1. Sin embargo, para los escenarios II (?#63426;_{2 (25 años)} = 1,08) y III (?#63426;_{3 (50 años)} = 1,80), las magnitudes de pérdidas interceptan el escenario crítico con el máximo de 0,300 t. ha^-1. La combinación de ambas estimaciones determina que los costos por pérdida de productividad estén en un rango de USD 16,2 a USD 32,4 ha^-1, mientras que el costo de reemplazo de los nutrientes perdidos asciende a USD 22,1 ha^-1 con marcada tendencia a incrementarse.

Fig. 4 Costos por hectárea bajo dos escenarios de pérdida de productividad por centímetro de suelo erosionado de los suelos Ferralíticos Rojos en el polje de San José de Las Lajas. 

Considerando el escenario conservador (donde un cm de suelo erosionado ocasiona la reducción de 150 kg en el rendimiento), el costo total de ambas localidades asciende a USD 44 921,54 lo cual corresponde a un valor de 16,2 USD ha^-1. Con el escenario crítico (donde poco más de 1 cm de suelo erosionado ocasiona la pérdida de 300 kg) el costo asciende a USD 89 843,089 o bien 32,4 USD ha^-1.

Estrategias agroambientales de conservación de suelos

Las depresiones kársticas poseen una función hidrológica ya que representan las vías de drenaje natural que definen estas regiones para la evacuación de los excedentes líquidos y productos de la erosión provenientes de superficies automórficas vecinas (figura 4), por lo que se deberá promover en su área de influencia el laboreo mínimo, la siembra en contornos y las barreras vivas, entre otras alternativas de la agricultura de conservación.

Investigaciones desarrolladas por varios autores ^36,37 en localidades de San José de Las Lajas, sugieren solamente en situaciones muy necesarias rellenar las depresiones (dolinas), con rocas de diferentes diámetros y de una composición químico-mineralógica similar al material pétreo subyacente, de manera que facilite el drenaje de las aguas, pero reteniendo eventualmente las suspensiones sólidas.

Se estima que la rehabilitación se obtendrá en un plazo aproximado de 3 años a 5 años, en conformidad con las dimensiones de las formas de absorción. Asimismo, se debe aceptar el Karst como un proceso natural y geológico, con el cual inevitablemente se debe coexistir. Autoridades del centro I. A. Rosafé Signet han aplicado varias de estas estrategias agroambientales.

Conclusiones

La resiliencia de los suelos Ferralíticos Rojos resulta un proceso multifactorial, condicionado no solo por las propiedades intrínsecas de la cobertura edáfica, sino dependiente de las condiciones geólogo-geomorfológicas y condiciones de uso.

El suelo Ferralítico Rojo bajo prácticas agrícolas normales le tomaría unos 50 años en retornar a su estadio inicial y de acuerdo con el grado de impureza de las calizas el período estaría comprendido entre 100 años a 600 años.

El costo de la erosión varía en un rango de USD 16,2 a USD 32,4 ha^-1 mientras que el costo de reemplazo de los nutrientes perdidos asciende a USD 22,1 ha^-1 con marcada tendencia a incrementarse, que revela la gravedad para lograr la sostenibilidad financiera de la producción agropecuaria en estas regiones del occidente de Cuba

En cualquier caso, estudios similares resultan muy escasos, no sólo por el tiempo que es necesario tener para lograr resultados fiables, sino porque en el caso de los ecosistemas kársticos, están sometidos a perturbaciones constantes que dificultan la labor investigativa de la resiliencia.

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Contribución de los autores

13Visualización: Marina B. Vega Carreño; Angelina Herrera Sorzano;

Financiación

Los resultados forman parte de los proyectos: “Mejoramiento de los Indicadores Agroambientales en Sistemas Productivos Agrarios Iberoamericanos” (AECID); “Establecimiento de valores de referencia y recuperación de suelos contaminados con metales pesados en el Estado de Rio de Janeiro (Brasil) y la provincia de Mayabeque (Cuba)” (CAPES/ MÊS) y del proyecto “Fortalecimiento de políticas agroambientales en países de América Latina y el Caribe a través de diálogo e intercambio de experiencias nacionales” (GCP/RLA/195/BRA).

Recibido: 11 de Junio de 2021; Aprobado: 30 de Septiembre de 2021

^*Autor para la correspondencia: [e-mail]; [e-mail]

No existen conflictos de intereses

Conceptualización: José Manuel Febles González

Curación de datos: José Miguel Febles Díaz

Análisis formal: José Miguel Febles Díaz; Marina B. Vega Carreño

Adquisición de fondos: Nelson Moura Brasil; Everaldo Zonta, Alfredo Tolón Becerra

Investigación: Angelina Herrera Sorzano; Ana Victoria Maura Santiago; Alexei Martínez Robaina

Metodología: José Manuel Febles González; José Miguel Febles Díaz

Administración del proyecto: José Miguel Febles Díaz; José Manuel Febles González

Recursos: Nelson Moura Brasil do Amaral Sobrinho; Everaldo Zonta; Alfredo Tolón Becerra

Software: José Miguel Febles Díaz; Angelina Herrera Sorzano

Supervisión: Marina B. Vega Carreño

Validación: Ana Victoria Maura Santiago; Alexei Martínez Robaina

Redacción-borrador original: José Manuel Febles González; José Miguel Febles Díaz

Redacción-revisión y edición: José Manuel Febles González; Marina B. Vega Carreño