Procesos distribuidos en la generación y transporte de escorrentía y sedimento en olivar a diferentes escalas

Abstract

Soil erosion and land degradation are two of the major environmental problems in Spain, which especially affect the South and South-East of the country. According to statistics provided by the Spanish Ministry of Agriculture, Food and Environment (MAGRAMA, 2015), 22.63 % of this soil is affected by ‘high’ erosive problems corresponding to arid or semi-arid environments. In most of the cases, the erosion processes are recurring, intermittent, ongoing and irreversible. Soil loss must be seen as a holistic process affecting not only to its biotic activity but also to the role of soil in the carbon regulation and emission to the atmosphere, its food production capacity and in general, its capacity to sustain society. Therefore, it is essential to fully understand soil degradation processes so that solutions which will decrease and ideally eliminate that degradation can be provided. The Mediterranean region is characterized by sparse vegetation and shallow soils, steep topography and large variations in precipitation levels and storms with high erosive power. This makes erosion an endemic characteristic of this region. The main driver of erosion in these conditions is water, which adopts geomorphological forms such as splash, rills or gullies. Olive orchards located in mountainous areas under rainfed conditions in Andalucia (South Spain) have led to soil loss mainly caused by the interactions of their environmental features and unsuitable management practices. A better understanding of the distributed processes in the generation and transport of runoff and sediment at different spatial scales is, however, needed to provide solutions adapted to the farm attributes which minimizing effort and cost. With this in mind, the diagnosis of the main sediment sources and processes taking place on different scales is essential to optimize the temporal and spatial application of different soil conservation techniques, such as for instance those defined by the NRCS (Natural Resources Conservation Service) like conservation tillage, cover crops or the use of buffer strips could be implemented in order to soil preservation. The aims of this work were to characterize and to model the dominant erosion processes that take place in olive orchard watersheds as well as design different soil management strategies to protect the soil. Three different scales of erosion processes have been utilized: [i] one-off measures in which soil water repellency was measured, [ii] hillslope runoff plot were utilized to determine the vegetation sediment trapping efficiency by buffer strips was determined and [iii] watershed in which a sediment delivery distributed model was calibrated in two different olive crop watersheds so the areas prone to erosion could be identified. At the one-off measure scale, soil water repellency (SWR) was characterized from field-based measurements. According to the SWR studies, it is a soil property that might have a significant impact in soil erosion as SWR delays water infiltration, which translates into higher values of runoff and flow concentration and at the same time, higher potential erosion. Thus, in this chapter, the occurrence, persistence and spatio-temporal variation of SWR is evaluated as well as the influence of different tillage systems and soil properties on the appearance of SWR. To achieve that, four different olive orchards with different soil managements (abandoned, herbicide use, conventional tillage and with cover crop) were selected. The Water Drop Penetration Time test (WDPT) was used in situ to determine SWR persistence through the...

La erosión y degradación del suelo son dos de los mayores problemas ambientales en España, los cuales afectan principalmente el Este y Sudeste Peninsular. De hecho, el 22.63 % de este suelo se ve afectado por problemas relacionados con altas erosividades de acuerdo con las estadísticas del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente (MAGRAMA, 2015), y que se corresponde con ambientes áridos o semiáridos. En la mayoría de los casos, los procesos erosivos son recurrentes, intermitentes, continuos e irreversibles. Es por esto por lo que la pérdida de suelo debe ser vista como un proceso holístico que afecta no sólo a la actividad biótica sino también al papel del suelo como regulador de las emisiones de CO2 a la atmósfera, como capacidad productiva de alimentos y, en general, su capacidad como sostenedor de la sociedad. De esta forma, es esencial el profundo entendimiento de los procesos de degradación del suelo para que se puedan aportar soluciones que harán que esa degradación pueda verse reducida sino eliminada. La región Mediterránea se caracteriza por tener una alta variabilidad en la precipitación, así como eventos con un alto poder erosivo, escasa vegetación, topografías accidentadas y suelos poco profundos que hace de la erosión una característica endémica de la región. El vehículo para el transporte de sedimento en este ambiente Mediterráneo es el agua, siendo la lluvia y la escorrentía las fuerzas motoras para la entrega de sedimentos. Los olivares situados en áreas montañosas y en condiciones de riego en Andalucía tienen el agravante de la pérdida de suelo causada por la interacción de operaciones inapropiadas de manejo de suelo, así como la no existencia de prácticas de conservación de suelo. Sin embargo, y con la finalidad de proveer soluciones adaptadas a los atributos de las cuencas que minimicen esfuerzo y tiempo, es necesario un mayor entendimiento de los procesos distribuidos en la generación y transporte de escorrentía y sedimento a diferentes escalas espaciales. Con esto en mente, se deduce la importancia del diagnóstico de las principales fuentes de sedimento y los procesos que se dan a diferentes escalas con el fin de optimizar las aplicaciones temporales y espaciales de las diferentes técnicas de conservación, como por ejemplo aquellas definidas por el NRCS (Natural Resources Conservation Service) como el manejo de conservación, el uso de cubiertas o bandas de vegetación. La hipótesis inicial de este trabajo es que es posible identificar los procesos hidrológicos y/o erosivos dominantes a distintas escalas espaciales utilizando medidas y modelos para un diagnóstico apropiado del problema que proporcione soluciones de manejo que minimicen el esfuerzo y la inversión. Para ello se determinaron tres escalas de procesos de erosión en este trabajo: [i] medidas puntuales en las que se ha medido hidrofobicidad, [ii] parcelas de escorrentía a escala de ladera en las que se determinó la eficiencia de atrape por bandas de cubierta, [iii] cuencas olivareras en las que se calibró un modelo distribuido de sedimento en dos cuencas olivareras diferentes en las que se delimitaron las áreas más susceptibles a la erosión. A escala de medida puntual, la hidrofobicidad (SWR) se caracterizó a partir de medidas en campo. De acuerdo con los estudios, la SWR es una propiedad de los suelos que puede tener un impacto significativo en la erosión del suelo dado que retrasa el tiempo de infiltración,...