Cómo funciona el drenaje agrícola

A finales del siglo XIX, los colonos europeos en el Medio Oeste superior comenzaron a construir zanjas de drenaje y a canalizar (enderezar y remodelar) arroyos para transportar agua desde las áreas húmedas de sus granjas a los arroyos y ríos cercanos. Posteriormente, los agricultores aumentaron el drenaje instalando tuberías de drenaje subterráneas, generalmente a una profundidad de 1800 a 3 pies. 

El drenaje artificial del subsuelo sigue siendo un práctica común en Minnesota, así como en otros estados y países del mundo.

El drenaje subterráneo es la práctica de colocar tuberías perforadas a un nivel específico (pendiente) a cierta profundidad debajo de la superficie del suelo. El exceso de agua de la zona de las raíces del cultivo puede ingresar a la tubería a través de las perforaciones y fluir desde el campo hacia una zanja u otra salida.

Hasta la década de 1970, la mayoría de las tuberías de drenaje subterráneas estaban hechas de secciones cilíndricas cortas de hormigón o arcilla llamadas tejas. Es por eso que todavía se usan términos como baldosa, drenaje de baldosas y mosaico, aunque la mayoría de las tuberías de drenaje actuales son tuberías de polietileno perforadas.

Cómo se colocan las tuberías

Al instalar un sistema de drenaje subterráneo, coloque tuberías estratégicamente en un campo para eliminar el agua de áreas húmedas aisladas o instálelas en un patrón para drenar un campo completo. En algunas áreas, las entradas o tomas de superficie (el tubo ascendente se extiende desde las tuberías subterráneas hasta la superficie) eliminan el exceso de agua superficial de los puntos bajos del campo.

Beneficios

El drenaje subterráneo mejora la productividad de los suelos mal drenados al:

• Bajando el nivel freático (Figura 1).

• Proporcionando una mayor aireación del suelo.

• Permitiendo un secado y calentamiento más rápido del suelo en la primavera.

Esto puede permitir a los productores plantar campos antes y que otras operaciones de campo se realicen de manera oportuna.

También proporciona un mejor ambiente para la emergencia y el crecimiento temprano de los cultivos, y puede reducir la compactación del suelo. Una vez que se ha establecido un cultivo, el drenaje subterráneo reduce en gran medida el riesgo de estrés hídrico del cultivo debido a lluvias excesivas o inoportunas.

Por estas razones, los suelos drenados bajo la superficie representan algunos de los suelos más productivos del mundo.

Más beneficios y efectos del drenaje

Suelos que necesitan drenaje.

Muchos suelos en todo el mundo, incluso en el Alto Medio Oeste, tienen un drenaje interno natural deficiente (Figura 2). Sin drenaje artificial, permanecerían anegados durante varios días después de un exceso de lluvia.

Esta humedad prolongada impide el trabajo de campo oportuno y estresa los cultivos en crecimiento porque los suelos saturados no proporcionan suficiente aireación para el desarrollo de las raíces de los cultivos. Las raíces de la mayoría de los cultivos que se cultivan en Minnesota no pueden tolerar condiciones excesivamente húmedas durante más de un par de días.

Las condiciones del suelo que hacen que el drenaje sea una necesidad para algunas tierras agrícolas incluyen aquellas con:

• Permeabilidad lenta al agua o capas densas de suelo que restringen el movimiento del agua.

• Topografía plana o depresiva.

• Altos niveles de sal en la superficie del suelo (en algunas áreas).

Grandes áreas de Minnesota no producirían cultivos de manera confiable si no se hubieran instalado sistemas de drenaje artificial.

Por qué los agricultores invierten en drenaje

Los agricultores deben realizar una inversión financiera importante al instalar un sistema de drenaje agrícola. Están dispuestos a realizar esta inversión por dos razones principales:

1. Los sistemas de drenaje agrícola generalmente aumentan el rendimiento de los cultivos en suelos mal drenados al proporcionar un mejor ambiente para el crecimiento de las plantas, especialmente en años húmedos.

2. Los sistemas generalmente ayudan a mejorar las condiciones del campo para una labranza, siembra y cosecha oportunas.

Estos dos factores han mejorado la producción agrícola en casi una quinta parte de los suelos estadounidenses.

Instalaciones de drenaje en Minnesota

El estudio exhaustivo más reciente del Departamento de Agricultura sobre tierras drenadas mostró que en 1985, el 30 por ciento de todas las tierras agrícolas en el Alto Medio Oeste (Illinois, Indiana, Iowa, Michigan, Minnesota, Missouri, Ohio y Wisconsin) estaban drenadas artificialmente.

Minnesota tiene grandes áreas de suelos mal drenados; por ejemplo, el 66 y el 59 por ciento de los suelos en las cuencas de los ríos Red River y Minnesota, respectivamente. En los últimos años, los agricultores de Minnesota han instalado anualmente hasta 100 millones de pies de tuberías de drenaje subterráneas.

Una parte importante de las nuevas actividades de drenaje consiste en reemplazar y mejorar los antiguos sistemas de drenaje. A medida que los sistemas antiguos envejecen y decaen, es probable que continúen las actividades de reemplazo.

Para comprender cómo el drenaje influye en el equilibrio hídrico del suelo, debemos observar las formas del agua del suelo. El volumen aparente del suelo consta tanto de sólidos como de espacio poroso, como se muestra en la Figura 4.

La proporción del volumen del suelo que es espacio poroso depende de la textura y estructura del suelo, pero normalmente varía entre el 35 y el 55 por ciento. Las fuerzas capilares más débiles retienen el agua en los poros del suelo, mientras que las fuerzas de adsorción más fuertes retienen el agua como una película que rodea las partículas del suelo.

Contenido de humedad: Capacidad de campo y marchitez.

Cuando un suelo está suficientemente húmedo, sus fuerzas capilares no pueden retener más agua y el suelo está a su capacidad de campo. El contenido real de humedad del suelo a capacidad de campo varía según la textura del suelo, oscilando típicamente entre el 15 y el 45 por ciento en volumen. Las plantas pueden extraer agua fácilmente de un suelo cuando su humedad está en la capacidad de campo o cerca de ella.

Sin embargo, a medida que el suelo comienza a secarse, fuerzas cada vez más fuertes retienen el agua de los poros hasta que las plantas ya no pueden extraer agua del suelo. Este estado de humedad del suelo es el punto de marchitez de un suelo.

El contenido de humedad del suelo en el punto de marchitez suele oscilar entre el 5 y el 25 por ciento en volumen. El agua en el suelo entre la capacidad de campo y el punto de marchitez es el agua disponible para las plantas y se ilustra en la Figura 5.

Expresar cantidades de agua

En esta página web y en la práctica común, las cantidades de agua se expresan en unidades de profundidad en pulgadas o centímetros, a diferencia de unidades de volumen. Por ejemplo, "un suelo contiene 3 pulgadas de agua disponible para las plantas" o "se drenó una pulgada de agua del suelo".

Expresar el agua del suelo de esta manera supone que su profundidad se aplica a una unidad de área (es decir, un pie cuadrado o un acre) o alguna otra área de interés. Puedes calcular fácilmente el volumen de agua resultante de esta profundidad multiplicando la profundidad del agua del suelo por el área de interés, asegurándote de mantener las unidades consistentes.

Por ejemplo, 100 acres de suelo que contienen 3 pulgadas de agua disponible para las plantas son: 100 acres x 3 pulgadas = 300 acres-pulgadas (1,089,000 pies cúbicos u 8,145,000 galones) de agua disponible para las plantas.

La naturaleza cambiante de la humedad del suelo.

Si bien los términos agronómicos “capacidad de campo” y “punto de marchitez” describen puntos de referencia agronómicos convenientes, la humedad del suelo en el campo cambia constantemente con el tiempo y varía a lo largo del perfil del suelo (el suelo entre la superficie del suelo y una profundidad particular).

Si se pudiera tomar una instantánea del contenido de humedad del suelo después de una lluvia, justo cuando el agua ha dejado de moverse hacia abajo, podría verse como en la Figura 6. A cierta profundidad, el suelo está saturado y puede haber un nivel freático.

Cómo afecta el nivel freático y su ubicación al drenaje

El suelo más cercano al nivel freático es más húmedo que el suelo más cercano a la superficie del suelo. Esto significa que a medida que se asciende desde el nivel freático, los poros del suelo contienen proporcionalmente menos agua.

Si y dónde se forma un nivel freático depende en parte de qué tan bien drena el suelo. Se puede formar un nivel freático muy cerca de la superficie del suelo en suelos mal drenados, mientras que los suelos que drenan bien generalmente no tienen niveles freáticos poco profundos.

Proporciones de poros llenos de aire y llenos de agua.

La línea curva en la Figura 8 ilustra el cambio en la proporción de poros llenos de aire y llenos de agua entre el nivel freático y la superficie del suelo. Si el nivel freático está lo suficientemente por debajo de la superficie del suelo, en algún punto por encima del nivel freático la humedad del suelo se habrá drenado hasta la capacidad de campo (como se muestra como 28 por ciento, por ejemplo, en la Figura 7).

En ausencia de lluvia adicional, la evapotranspiración (evaporación del suelo más transpiración de las plantas) comenzará a secar el suelo, aumentando aún más la proporción de poros vacíos o llenos de aire.

Los suelos mal drenados pueden tener niveles freáticos en la superficie del suelo o muy cerca de ella durante períodos prolongados. Bajo estas condiciones, la proporción de poros llenos de aire en el perfil del suelo es muy pequeña, por lo que el suelo carece de la aireación adecuada para sustentar el crecimiento de las plantas.

El drenaje subterráneo proporciona una vía para que el exceso de agua drenable salga del suelo. Las fuerzas más débiles mantienen el agua drenable con contenidos de humedad entre la capacidad de campo y la saturación completa del suelo, como se muestra en el lado izquierdo de la imagen. Figura 5 y XNUMX.

Analogía: una planta en maceta

Un ejemplo común de un hogar puede ayudar a ilustrar este concepto. Supongamos que riegas una planta en una maceta que no tiene agujeros en el fondo para que escape el agua. A medida que agrega agua, la olla se llena hasta que el agua se derrama por encima.

En este punto el suelo está saturado, con poco o nada de aire en los poros del suelo. Si luego se hace un agujero en el fondo de la maceta, el agua “drenable” se escurriría y la tierra quedaría a capacidad de campo. La tierra de la maceta ahora está drenada artificialmente, pero no se ha eliminado el agua disponible para las plantas (según nuestra definición anterior).

Cuando hay drenaje subterráneo, el exceso de agua se drena, mediante el mismo proceso que en el ejemplo anterior, desde el perfil del suelo a través de los drenajes, hasta que el nivel freático desciende a la profundidad del drenaje, debajo de la superficie del suelo.

¿Cuánta agua puede drenar del suelo?

Un primer paso hacia la comprensión de la hidrología del drenaje es comprender cuánta agua puede drenar del perfil del suelo mediante el drenaje subterráneo. La cantidad de agua drenable en el suelo depende de la cantidad de espacio poroso drenable o de porosidad drenable (Pd) del suelo.

Expresando porosidad drenable

Una forma de expresar la porosidad drenable es la cantidad de agua drenada para una caída determinada en el nivel freático, que es la altura (“h” en la Figura 8) y se describe mediante la siguiente relación:

Pd(%) = (agua de poro drenable en pulgadas x 100) / (h en pulgadas)

o, agua drenable = Pd xh / 100

La Figura 8 muestra que el drenaje hace que el nivel freático caiga la distancia "h" desde su posición inicial en uno hasta su posición final en dos. Las curvas marcadas uno y dos son precisamente las mismas curvas que se describen en la Figura 7, que muestran las proporciones de poros llenos de aire y agua sobre los niveles freáticos inicial y final, respectivamente. El área entre las curvas ilustra el volumen de poros que han sido drenados.

Otra forma de pensar en la porosidad drenable es el porcentaje de poros llenos de aire presentes cuando el suelo ha drenado hasta su capacidad de campo. Esto se calcula como la porosidad del suelo menos el contenido de humedad del suelo a capacidad de campo.

Cómo influye el suelo en la porosidad drenable

La textura y estructura del suelo influyen en la porosidad drenable, como se muestra en la Tabla 1.

Las arenas o los suelos de textura más gruesa tienen grandes porosidades drenables, mientras que las arcillas o los suelos de textura fina tienen porosidades drenables más pequeñas. Esto significa que para una cantidad igual de agua drenada, un suelo más arenoso mostrará una caída más pequeña en el nivel freático que un suelo con mayor contenido de arcilla.

Una Pd del 10 por ciento, por ejemplo, significa que drenar una pulgada de agua reduce el nivel freático 10 pulgadas. Dicho de otra manera, bajar el nivel freático 10 pulgadas significa que se ha drenado una pulgada de agua del perfil del suelo.

Ejemplo

Como ejemplo, considere un suelo con una porosidad drenable promedio del 8 por ciento, con un nivel freático alto a 6 pulgadas por debajo de la superficie del suelo. Para bajar el nivel freático a una profundidad de 48 pulgadas debajo de la superficie del suelo, se deben drenar 3.36 pulgadas de agua del perfil del suelo (la caída del nivel freático de 42 pulgadas multiplicado por 8 por ciento dividido por 100 = 3.36).

El balance hídrico, cuando se aplica a un sistema cultivo-suelo, describe el destino de la precipitación y los diversos componentes del flujo de agua dentro y alrededor del perfil del suelo. Debido a que el drenaje afecta el agua del suelo, otros componentes del balance hídrico también se ven afectados.

Al comprender el agua del suelo y la porosidad drenable, ahora podemos considerar estos efectos. Primero considere un balance hídrico simple en un perfil de suelo con buen drenaje natural, como se muestra en la Figura 9.

Cómo afectan las precipitaciones al equilibrio hídrico

En el caso típico, la precipitación (P) (lluvia, deshielo, riego (si se practica)) es el principal aporte de agua al sistema cultivo-suelo y afecta:

• Agua de escorrentía superficial (R).

• Evapotranspiración del cultivo (ET).

• Percolación profunda (DP).

• Cambios en el almacenamiento de agua del suelo (S).

En la Figura 9, asumimos que no ingresa agua al suelo desde áreas adyacentes mediante flujo horizontal (una suposición que no es cierta en algunos casos). Matemáticamente, la ecuación del balance hídrico se puede escribir como:

P = R + ET + DP + S

Cuando el nivel freático es relativamente profundo, como se muestra en la Figura 10 (de 3 a 15 pies), la percolación profunda lo recarga. Si continúa la percolación profunda, existe la posibilidad de que aumente el nivel freático. El balance hídrico demuestra que la cantidad de percolación profunda depende del grado en que R, ET y S reducen la entrada de precipitación al suelo.

Impacto del drenaje

La misma relación de equilibrio hídrico se aplica en un perfil de suelo drenado artificialmente, como se muestra en la Figura 11. Sin embargo, ahora el flujo de drenaje (D) se convierte en un componente importante del agua que sale del sistema.

Como antes, la cantidad de drenaje depende de cuánta precipitación se pierde en R, ET y S. En pocas palabras, la cantidad de flujo de drenaje depende de la precipitación y la proporción relativa de los otros componentes del balance hídrico.

Esto significa que el impacto del drenaje variará anualmente y de una región a otra. Esto es ciertamente cierto en Minnesota, que tiene una variación de 13 a 15 pulgadas en las precipitaciones anuales en todo el estado. La ecuación del balance hídrico ahora se puede escribir como:

P = R + ET + DP + S + D

Una comparación: suelo mal drenado versus drenaje

Comparemos el balance hídrico de un suelo mal drenado con un nivel freático alto con el mismo suelo después de drenar, sin considerar la influencia de un cultivo en crecimiento. La Figura 11 muestra la distribución de los poros llenos de agua y aire sobre un nivel freático poco profundo en el suelo mal drenado (parte derecha), y sobre un nivel freático profundo en el mismo perfil de suelo después de que se ha producido el drenaje (parte izquierda).

Después del drenaje, el suelo tiene más volumen de poros disponible para la infiltración de agua durante la próxima lluvia debido al mayor volumen de poros vacíos.

En consecuencia, puede ocurrir más infiltración y menos escorrentía con un suelo drenado artificialmente en comparación con un suelo mal drenado, dependiendo de la naturaleza y el momento de la próxima lluvia. Una lluvia muy intensa puede no producir mucha infiltración en ninguno de los dos casos.

Factores que afectan la infiltración.

¿Cuánta más infiltración podría ocurrir en el suelo drenado versus en el suelo no drenado? Esto depende de muchos factores, pero la cantidad será mayor cuando:

1. La diferencia entre los niveles freáticos poco profundos y profundos es mayor (es decir, un nivel freático inicial muy alto drenado a una profundidad mayor).

2. El nivel freático mal drenado está más cerca de la superficie del suelo.

3. Las texturas del suelo son más gruesas.

Un ejemplo de balance hídrico

Considere dos suelos, cada uno con una porosidad drenable del 3 por ciento. El suelo no drenado tiene un nivel freático a 6 pulgadas debajo de la superficie, y el suelo drenado tiene un nivel freático a 48 pulgadas, la profundidad del drenaje.

El suelo no drenado tiene 0.18 pulgadas (6 pulgadas multiplicado por 3 por ciento dividido por 100) de espacio poroso disponible entre el nivel freático y la superficie, mientras que el suelo drenado tiene 1.44 pulgadas (48 veces 3 por ciento dividido por 100). El suelo drenado tiene 1.26 pulgadas (1.44 menos 0.18) más espacio poroso disponible (vacío) que el suelo sin drenaje.

Escorrentía

Si ocurriera una lluvia de baja intensidad, de 1.5 pulgadas, nuestro balance hídrico simple nos llevaría a esperar 0.06 pulgadas de escorrentía del suelo drenado (el suelo puede contener 1.44 pulgadas) y 1.32 pulgadas de escorrentía superficial del suelo no drenado (el suelo Puede contener 0.18 pulgadas). Después de la lluvia, ambos suelos quedan saturados hasta la superficie.

Además, esperaríamos 1.44 pulgadas de drenaje del suelo drenado durante las siguientes 24 a 48 horas para que el nivel freático vuelva a la profundidad de 48 pulgadas.

Con este ejemplo simple, estimamos que perdemos aproximadamente 1.32 pulgadas de agua como escorrentía superficial del suelo no drenado, en comparación con 1.44 pulgadas de agua durante las siguientes 24 a 48 horas como drenaje del suelo drenado.

Tiempo de pérdida de agua

La verdadera diferencia entre los dos, en términos de pérdida de agua, es el tiempo.

Las 1.32 pulgadas de escorrentía superficial del suelo no drenado ocurrirán relativamente rápido (quizás en unas pocas horas) en comparación con las 1.44 pulgadas de agua que salen del suelo drenado. El agua del suelo drenado primero debe atravesar el suelo antes de llegar al sistema de drenaje.

Por lo tanto, el flujo resultante en la salida del drenaje normalmente ocurrirá durante un período de tiempo más largo y con un flujo máximo más bajo que la escorrentía superficial del suelo no drenado. En consecuencia, para suelo drenado, la escorrentía total y (escorrentía superficial + flujo de drenaje) generalmente se reduce.

Profundidad e intensidad de la lluvia.

Para un suelo determinado, la magnitud de esta reducción depende de la profundidad y la intensidad de la lluvia. Lluvias más pequeñas y de baja intensidad reducirán más drásticamente la tasa de escorrentía total porque proporcionalmente más agua tendrá la oportunidad de infiltrarse y pasar a través del sistema de drenaje.

Además, lluvias más pequeñas pueden causar escurrimiento superficial en el suelo no drenado y ninguna escorrentía superficial en el suelo drenado. Sin embargo, si ocurren una o más lluvias antes de que el suelo drenado haya tenido tiempo de drenar adecuadamente, disminuirá las diferencias en el equilibrio hídrico entre los dos suelos.

Efecto del drenaje

Según este análisis, sin la influencia de un cultivo en crecimiento, vemos que el drenaje puede, hasta cierto punto, mejorar la capacidad del perfil del suelo para almacenar agua y alterar las tasas y volúmenes de escorrentía. Algunos conocen esto como el efecto esponja del drenaje subterráneo.

Tenga en cuenta que estos cálculos sencillos son sólo balances de volumen y no tienen en cuenta la naturaleza dinámica de la lluvia ni otros factores asociados con el proceso lluvia-escorrentía. Sin embargo, los cálculos son útiles para comprender la influencia potencial del drenaje en el equilibrio hídrico de un suelo y cómo esto puede afectar la hidrología.

Finalmente, debemos considerar la influencia de un cultivo en crecimiento sobre el balance hídrico. Anteriormente incluimos la evapotranspiración (ET) de los cultivos en el balance hídrico, pero aún no hemos explorado los cambios en el perfil del suelo que tienen lugar durante la temporada de crecimiento en respuesta al drenaje.

Cómo afecta el drenaje a los cultivos

Un nivel freático poco profundo caracteriza la condición sin drenaje, como se muestra en la Figura 12. Esta condición casi siempre existe en suelos mal drenados en la primavera y puede extenderse o reaparecer más adelante en la temporada de crecimiento, dependiendo de los patrones de precipitación estacional.

Debido a las condiciones de saturación cerca de la superficie del suelo, la profundidad del desarrollo de las raíces del cultivo puede verse severamente restringida, incluso eliminada efectivamente (en los suelos con peor drenaje). En tales condiciones, la profundidad efectiva de la zona de las raíces será una fracción de lo que podría ser potencialmente en un suelo bien drenado o artificialmente drenado.

La estructura de raíces profundas en la sección de condiciones drenadas de la Figura 12 juega un papel importante en el equilibrio hídrico y la salud y producción del cultivo.

El drenaje puede incluso ser ventajoso en años inusualmente secos. Y cuando las condiciones secas del verano siguen a una primavera húmeda, el cultivo puede tener una mayor resistencia a la sequía porque las raíces de las plantas pueden acceder al agua en suelos más profundos y más húmedos.

El efecto esponja

La presencia de un cultivo de crecimiento vigoroso aumenta el efecto esponja en un suelo drenado.

A medida que avanza la temporada de crecimiento y aumenta la ET del cultivo, la absorción de agua del cultivo secará aún más la zona de las raíces, provocando un flujo de agua ascendente desde abajo. Al secar el suelo dentro y debajo de la zona de las raíces, el cultivo crea aún más espacio poroso vacío (lleno de aire) en comparación con el suelo drenado sin cultivo.

Este efecto de secado se puede ilustrar mediante el cambio en la curva de porcentaje de aire a agua del suelo que se muestra en la Figura 13 (la curva se desplaza hacia la izquierda).

El área sombreada entre las curvas representa el espacio de poro vacío adicional creado por el secado de la zona de raíces inducido por el cultivo y el flujo ascendente del agua hacia esa zona. Cuanto más profundo y saludable sea el sistema de raíces, mayor será este efecto para un cultivo determinado, y el efecto máximo se producirá más adelante en la temporada de crecimiento, a medida que el cultivo y su sistema de raíces maduran.

La curva desplazada en la Figura 13 representa el caso extremo en el que la humedad del suelo en la zona de las raíces se ha agotado hasta el punto de marchitez.

Una ilustración con datos de campo.

El gráfico de la Figura 14 ilustra cómo la dinámica del equilibrio hídrico puede cambiar durante la temporada de crecimiento debido al drenaje del subsuelo y al crecimiento de los cultivos. La figura muestra el flujo diario de drenaje subterráneo y la precipitación durante la temporada de crecimiento de maíz de 1998 en un suelo franco arcilloso de Webster.

La precipitación de la temporada fue de 36.4 pulgadas. De esto, 26.4 pulgadas ocurrieron entre el 22 de febrero y el 1 de noviembre (el período que se muestra en la Figura 14).

Flujo de drenaje durante toda la temporada de crecimiento.

El mayor caudal de drenaje corresponde al período inmediatamente posterior al deshielo del suelo, a finales de marzo y principios de abril. A partir de este momento, los caudales máximos del subsuelo disminuyeron a lo largo de la temporada de crecimiento.

Después de mediados de julio, no se produjo más flujo subterráneo, a pesar de lluvias tan grandes o mayores que las que ocurrieron a principios de la temporada (obsérvese las lluvias de casi 1 pulgada y 1.7 pulgadas en septiembre y octubre).

Por qué no hubo flujo subterráneo más adelante en la temporada de crecimiento

Sin datos de escorrentía superficial, hay dos posibles explicaciones para la ausencia de flujo subterráneo más adelante en la temporada de crecimiento. Cualquiera:

1. Todas las lluvias tardías fueron de muy alta intensidad, generando principalmente escorrentía superficial y poca infiltración.

2. La combinación de drenaje subterráneo y crecimiento de cultivos produjo un perfil de suelo más seco y más espacio poroso disponible para absorber la lluvia.

Si bien es probable que algunas de las lluvias tardías fueran de alta intensidad, es igualmente probable que muchas no lo fueran. Lo que no es evidente a partir de los datos anteriores son las proporciones de los efectos del drenaje y del cultivo, entre sí.

Sin embargo, estos datos ilustran que el drenaje subterráneo y el crecimiento de los cultivos juntos crean una capacidad de amortiguación o efecto esponja a medida que avanza la temporada de crecimiento. Se espera que los resultados de la investigación actual sobre drenaje en Minnesota fortalezcan nuestra comprensión del drenaje y el equilibrio hídrico de esta región.

Comprender los conceptos anteriores es útil para abordar cuestiones amplias y cuestiones de políticas relacionadas con el drenaje y la gestión del agua. Las discusiones generalmente se centran en las siguientes preguntas que tienen importantes implicaciones políticas para los tomadores de decisiones locales y estatales:

• ¿El drenaje subterráneo disminuye o empeora las inundaciones localizadas?

• ¿Son más frecuentes las inundaciones catastróficas debido al drenaje subterráneo?

• ¿El drenaje subterráneo altera la cantidad de flujo en una cuenca fluvial?

• ¿Los suelos drenados bajo la superficie responden más como una esponja al exceso de lluvia, en comparación con los suelos mal drenados?

• ¿Cómo afectan las entradas (tomas) superficiales la cantidad y calidad del flujo de drenaje?

• ¿Cómo afectan las tierras drenadas artificialmente a la calidad del agua?

¿Cómo promueve el drenaje subterráneo un mejor crecimiento de las plantas en suelos mal drenados?

El drenaje subterráneo o de baldosas elimina el exceso de agua del suelo que impide que el aire y el oxígeno lleguen a las raíces de las plantas. Sin drenaje artificial, las plantas tienen dificultades para establecer un sistema de raíces saludable en suelos con mal drenaje.

El drenaje subterráneo proporciona el mecanismo para que estos suelos drene hasta su capacidad de campo en un período de tiempo razonablemente corto para que el crecimiento de las plantas no se vea afectado significativamente. Además, el drenaje a menudo permite que las operaciones de campo en primavera (por ejemplo, labranza, siembra) se realicen de manera más eficiente y oportuna.

Dependiendo de las precipitaciones estacionales, esto puede tener el efecto de agregar días, a una semana o más, a la duración de la temporada de crecimiento, proporcionando otra fuente potencial de mejora del rendimiento de los cultivos.

¿El drenaje subterráneo elimina del suelo el agua disponible para las plantas?

No, el drenaje no aumenta ni disminuye el agua disponible para las plantas en el perfil del suelo. El drenaje elimina el agua drenable del suelo de la misma manera que una planta en maceta con un agujero en el fondo de la maceta drena después del riego.

Sin embargo, el flujo ascendente puede ocurrir en suelos con drenajes de baldosas, desde el nivel freático hasta la zona de las raíces, proporcionando una fuente importante de humedad para el crecimiento de los cultivos. En suelos más ligeros (más gruesos), colocar drenajes demasiado profundos puede limitar esta fuente de humedad.

¿Es el agua subterránea o la lluvia la fuente de agua de drenaje subterráneo?

En la mayoría de las situaciones, el flujo de los sistemas de drenaje es agua subterránea poco profunda que se repone con la lluvia. Mientras menos lluvia haya, menor flujo de drenaje puede haber. Sin embargo, en algunos casos los sistemas de drenaje están diseñados para interceptar el flujo lateral.

¿El drenaje subterráneo hace que salga más agua del campo en comparación con las condiciones sin drenaje?

Si bien no es cierto para todos los casos y ubicaciones, en general, el drenaje subterráneo puede causar que entre un 10 y un 15 por ciento más de agua salga del campo que las tierras agrícolas con drenaje superficial únicamente. Este número se basa en modelos de simulación de drenaje, ya que variaciones tan pequeñas son difíciles de medir en el campo debido a la alta variabilidad estacional.

¿Cómo influye el drenaje en la escorrentía superficial y las inundaciones?

Las precipitaciones proporcionan agua para la escorrentía superficial y la infiltración del suelo. La ruta que sigue el agua a medida que fluye a través del paisaje juega un papel muy importante en la cantidad y tasa de escorrentía total, y esto se ve muy afectado por el uso del suelo.

Cuando la vegetación natural se altera o se convierte en cultivos y pastos, las tasas máximas de escorrentía en el borde del campo pueden aumentar dramáticamente. Algunas prácticas de drenaje superficial suelen acompañar a estas conversiones.

En general, el drenaje subterráneo tiende a disminuir la escorrentía superficial (a veces entre una y tres veces) y disminuir las tasas máximas de escorrentía superficial en comparación con la tierra con drenaje superficial o sin drenaje.

La disminución se produce porque el agua fluye más lentamente a través del suelo para llegar al sistema de drenaje (y eventualmente a la salida) que lo que lo haría como escorrentía superficial. La llegada posterior del flujo de drenaje puede causar que disminuya el flujo máximo de salida general (superficie más drenaje).

Además, cuando se reduce la cantidad de escorrentía, su velocidad de flujo también puede disminuir. Si bien estos procesos se comprenden y documentan bien a escala de campo y de granja, las inundaciones son un fenómeno a escala de cuencas hidrográficas.

A medida que observamos paisajes cada vez más grandes, la creciente complejidad de la hidrología de las cuencas hace que sea más difícil hacer afirmaciones sobre el drenaje que sean válidas para todas las cuencas, en todas las escalas y en todo momento. Sin embargo, se puede decir que el potencial del drenaje subterráneo para reducir los caudales máximos a escala de campo no respalda la idea de que el drenaje subterráneo exacerba las inundaciones a escalas mayores.

También cabe señalar que la mayoría de los investigadores coinciden en que las inundaciones a gran escala en toda la cuenca, como las de 1993 y 1997 en Minnesota, son atribuibles en gran medida a precipitaciones catastróficas, no a la presencia de sistemas de drenaje subterráneos o superficiales.

¿Qué se entiende por “efecto esponja” del drenaje subterráneo?

El efecto combinado del drenaje subterráneo y la eliminación de agua mediante un cultivo sano y de raíces profundas aumenta la capacidad de almacenamiento para la infiltración de agua en el suelo, en comparación con suelos no drenados con un nivel freático alto.

Dependiendo del momento, la profundidad y la intensidad de la lluvia, tiene posibilidades de infiltrarse más agua en un suelo drenado en comparación con un suelo mal drenado. Esta mayor capacidad de almacenamiento a menudo se denomina efecto esponja.

El grado en que se produce el efecto depende del tipo de suelo, el cultivo, la época del año y las características tanto de las precipitaciones como de la humedad del suelo antes y durante la precipitación. En suelos mal drenados con un nivel freático alto, el drenaje subterráneo reduce el nivel freático y aumenta el espacio poroso vacío (lleno de aire) disponible para la infiltración de agua.

La estructura de raíces de las plantas más profunda y saludable que promueve el drenaje mejora aún más este efecto al eliminar aún más agua del perfil del suelo, creando más espacio poroso vacío. El efecto combinado del drenaje subterráneo y el crecimiento de los cultivos es más evidente desde la mitad hasta el final de la temporada de crecimiento.