Desde finales de la década de 1990, las instalaciones de sistemas de drenaje subterráneo (baldosas) han aumentado en el valle del Río Rojo de Dakota del Norte y Minnesota debido a un ciclo climático húmedo, el aumento de los precios de los cultivos y el aumento del valor de la tierra.
Al ser una práctica bastante nueva en la región, se plantean muchas preguntas sobre el drenaje de baldosas. Aquí, intentamos responder brevemente algunas de las preguntas más frecuentes.
Determinar si el drenaje es adecuado para usted
Durante los últimos 20 años, la instalación de tejas de drenaje se ha acelerado en la cuenca de drenaje del Red River Valley y otras partes de Dakota del Norte (Figura 1). Varios factores han despertado el interés reciente de la región en esta práctica, incluido el aumento de las precipitaciones, los niveles freáticos estacionalmente altos, el mayor valor de la tierra y los mayores precios de los cultivos.
En la primavera, muchos agricultores tienen dificultades para plantar cultivos a tiempo debido a las condiciones húmedas. La salinidad del suelo, otro problema en el Valle del Río Rojo, está relacionada con el comportamiento del nivel freático y la humedad del suelo. Sólo la salinidad del suelo en el Valle del Río Rojo abarca más de 1.5 millones de acres y representa entre 50 y 90 millones de dólares de ingresos perdidos.
El drenaje con tejas es una práctica de manejo que ofrece el potencial de controlar y reducir la salinidad en suelos mal drenados.
El drenaje con tejas se ha practicado con éxito en una amplia gama de texturas de suelo, desde arenosas hasta arcillosas.
Puede drenar suelos más gruesos (limos y arenas) con espacios más amplios entre drenajes, mientras que los suelos más finos (margosos y arcillosos) requieren espacios más estrechos entre drenajes. Los suelos con un contenido significativo de limo grueso o arena fina pueden necesitar una envoltura de calcetín alrededor de la tubería para evitar que las partículas de tierra entren en la loseta.
Para una profundidad de drenaje de 4 pies y un coeficiente de drenaje de 0.25 pulgadas por día, una arcilla Fargo podría requerir un espacio entre drenajes de alrededor de 32 pies, mientras que el espacio entre drenajes para una marga arenosa fina Ulen sería de alrededor de 120 pies.
Los suelos donde predominan las arcillas que se contraen y se hinchan o la turba, o los suelos sódicos, pueden necesitar una consideración especial con respecto al drenaje de las tejas. Los suelos se clasifican como sódicos cuando el pH es superior a 8.5 y la cantidad de sodio en el complejo del suelo es mucho mayor que la cantidad combinada de calcio y magnesio.
Puede drenar campos nivelados siempre que mantenga pendientes mínimas de 0.08 a 0.1 por ciento para los laterales y los principales de losetas. Una loseta con una pendiente del 0.1 por ciento tiene una caída de 1 pie por cada mil pies. En terreno nivelado, esto significa que la profundidad de las losas variaría 1 pie por cada 1,000 pies.
Muchas partes del valle del Río Rojo tienen una pendiente natural del campo de alrededor del 0.1 por ciento. Un sistema de drenaje típico proporciona una salida donde las losas pueden drenar libremente (por gravedad) hacia una zanja superficial.
Diseño e instalación
Cuando la topografía o la profundidad de la zanja de salida no permitan una salida por gravedad, utilice salidas por bombeo, siempre que exista una vía fluvial superficial para descargar el agua de drenaje (Figura 2). Una salida de bombeo, o estación de elevación, proporciona la elevación necesaria para llevar el agua de drenaje desde la elevación de la losa hasta la superficie del suelo o más arriba y hacia el canal receptor.
Las salidas por bombeo aumentan los costos iniciales de inversión, operación y mantenimiento del sistema de drenaje de baldosas, pero pueden ser económicamente viables en muchas situaciones. Una estación de salida de bombeo incluye un sumidero, una bomba, una tubería de descarga y normalmente un panel de control eléctrico. Las características de diseño importantes incluyen el volumen de almacenamiento del sumidero y la capacidad de la bomba (caudal).
El mosaico de bricolaje es sin duda una opción que están considerando muchos agricultores y propietarios de tierras (Figura 3). Con un buen equipo, un buen diseño y el necesario compromiso de tiempo y recursos, el mosaico hecho por usted mismo puede ser una buena opción y puede ahorrar costos de instalación.
Sin embargo, como cualquier otra operación de campo, es necesario invertir en equipos y conocimientos especializados. El mosaico normalmente requiere al menos:
Una tripulación de cuatro personas.
Un arado de tejas.
Controles electrónicos (GPS y control de arado).
Una retroexcavadora.
Carro de azulejos.
Varios tractores de tamaño grande y mediano.
Los contratistas profesionales de colocación de mosaicos aportan experiencia y familiaridad con los procedimientos de diseño y los estándares de los sistemas de drenaje de mosaicos. La profundidad y la calidad de la tubería, el tamaño de la tubería y la disposición del campo son extremadamente importantes en el diseño y determinarán la calidad del desempeño del sistema.
Por encima de todo, es importante diseñar e instalar correctamente el sistema de mosaicos para que funcione bien durante muchos años.
La necesidad de una envoltura (calcetín) o ranuras más estrechas en el tubo de drenaje depende de la textura del suelo a la profundidad del mosaico.
En general, las arenas finas y los limos gruesos mal clasificados requieren envolturas tipo calcetín. La arcilla, la arcilla limosa, la arcilla arenosa, la marga arcillosa limosa y las margas generalmente no requieren envolturas debido a su cohesividad natural.
Ingrese al Sitio web del Servicio de Conservación de Recursos Naturales Web Soil Survey para determinar la textura del suelo a la profundidad del mosaico.
Si tienes dudas o preguntas haz un tamiz de suelo o análisis granulométrico. Este es un procedimiento mecánico relativamente sencillo que puede realizar un laboratorio comercial de análisis de suelos o el laboratorio de análisis de suelos de la Universidad Estatal de Dakota del Norte (NDSU).
El análisis determinará las fracciones de arena, limo y arcilla del suelo, y el rango de tamaños de partículas del suelo. No necesitas un calcetín si la fracción de arcilla es superior al 30 por ciento. Es posible que necesite un calcetín si la fracción de arena media a muy gruesa (tamaño de partícula de 0.5 a 2.0 milímetros) constituye más del 20 por ciento del total.
Los sistemas de drenaje controlados o gestionados incorporan estructuras que le permiten elevar la elevación de la salida en lugares estratégicos del sistema de drenaje. De esta manera, puede controlar la liberación de agua de drenaje y potencialmente mantener un nivel freático menos profundo cuando lo desee (Figura 4).
Los sistemas de drenaje controlado potencialmente conservan el agua del suelo en la zona de las raíces y reducen los flujos de drenaje y la pérdida de nutrientes disueltos (nitrógeno y fósforo) del campo. Si el momento de las lluvias es favorable, se crea la posibilidad de almacenar agua para períodos más secos durante la temporada de crecimiento.
¿Cómo funciona?
Utilice una o más estructuras de control, o la propia salida de la bomba, para controlar el sistema de drenaje. Las estructuras de control utilizan topes o deflectores para establecer la elevación deseada del nivel freático en la ubicación de la estructura. Cerrar una salida con bomba crea el mismo efecto.
Es importante considerar la opción de gestión del agua de drenaje en el diseño inicial del sistema de drenaje. De esta manera, el diseño del sistema se adapta al máximo al objetivo de la gestión del drenaje y maximiza la eficacia de la práctica.
Normalmente, los campos con una pendiente promedio de 0 a 0.5 por ciento son los más adecuados para la práctica, pero otros factores como la uniformidad de la pendiente del campo y el acceso a las ubicaciones de las estructuras de control también son importantes. Los campos que son casi planos pueden requerir solo una estructura de control (o la salida de bombeo) para implementar la práctica, mientras que los campos con mayor pendiente pueden requerir varias estructuras de control.
Beneficios
El beneficio de la gestión del agua de drenaje es que brinda a los productores una herramienta más para gestionar los riesgos de producción. La filosofía de gestión del agua de drenaje es drenar sólo la cantidad necesaria para crear condiciones de campo adecuadas y retener agua que pueda contribuir a la producción de cultivos.
Bajo ciertas condiciones, el agua retenida con las estructuras de control puede ofrecer el potencial de aumentar el rendimiento de los cultivos.
El subirrigación es la práctica de proporcionar agua a la zona de las raíces a través de un sistema de gestión del agua de drenaje. Si se dispone de una fuente de agua de riego y el sistema de drenaje está diseñado apropiadamente, se puede introducir agua en las estructuras de control de agua (o en el sumidero de la salida bombeada) para elevar el nivel freático y hacer que el agua esté disponible para el cultivo.
Para que esta práctica funcione, se necesita una fuente de agua suficiente para satisfacer las necesidades hídricas del cultivo, normalmente durante julio y agosto. Al igual que con el manejo del agua de drenaje, se debe diseñar el sistema de subirrigación antes de instalar la loseta para que esta práctica sea efectiva.
Un sistema diseñado para subirrigación generalmente requerirá un espaciamiento más estrecho entre drenajes que un sistema diseñado únicamente para drenaje convencional.
Beneficios y efectos
Operaciones de siembra y campo.
En suelos mal drenados, el drenaje con baldosas promoverá un calentamiento y secado más rápido del suelo en la primavera, y las zonas húmedas intermitentes en los campos se secarán de manera más uniforme.
Un efecto negativo significativo del drenaje inadecuado se relaciona con la puntualidad de las operaciones de campo en primavera y otoño. Un drenaje inadecuado puede retrasar las operaciones de campo en primavera de días a semanas e interrumpir los patrones de tráfico en el campo debido a un secado no uniforme.
El tráfico de maquinaria sobre suelos demasiado húmedos aumentará la compactación del suelo. Los retrasos en la siembra significan una temporada de crecimiento más corta y menos unidades de calor para el cultivo. Una vez que se ha plantado el cultivo, un drenaje inadecuado puede provocar un crecimiento raquítico y poco profundo de las raíces y, en ocasiones, un fracaso total del cultivo debido al exceso de estrés hídrico (falta de oxígeno en la zona de las raíces).
Rendimiento
El estrés combinado del retraso en la siembra, la compactación del suelo y el exceso de agua pueden afectar significativamente el rendimiento de los cultivos.
La magnitud del impacto en el rendimiento de una temporada de crecimiento depende del cultivo y la variedad, los suelos y el patrón de precipitaciones de la temporada.
Las sales solubles pueden acumularse en la zona de las raíces cuando los niveles freáticos aumentan durante varios años.
La salinidad se puede medir por su capacidad para conducir electricidad y se puede expresar en unidades de milimetros por centímetro (mmhos/cm). Antes de medir, seque la muestra de suelo y mezcle partes iguales de agua y tierra. Las lecturas de conductividad serán mayores cuanto mayor sea la concentración de sal.
¿Qué esperar
Espere reducciones de rendimiento para la mayoría de los cultivos con niveles de salinidad superiores a 1 mmho/cm. Los estudios han demostrado que lixiviar agua a través del perfil y eliminar la sal mediante el drenaje de baldosas puede reducir la concentración de sal en la zona de la raíz con el tiempo.
Dependiendo de las precipitaciones estacionales o de la capacidad de irrigación, pueden pasar algunos años antes de que la sal en áreas de alta concentración se reduzca lo suficiente para una producción agrícola óptima. Este efecto puede ocurrir más rápidamente en años con mayores precipitaciones y puede no ocurrir en absoluto en años secos.
Es importante recuperar la tierra con una secuencia de cultivos más tolerantes, como la cebada, antes de plantar un cultivo sensible a la sal.
Las filtraciones salinas pueden ocurrir cuando el agua del suelo desde las tierras altas se filtra lenta y lateralmente hacia áreas más bajas y transporta minerales disueltos (sales).
Si el agua se acerca o se filtra fuera de la superficie en la zona baja, puede evaporarse y dejar las sales. Con el tiempo, las sales pueden aumentar hasta un punto en el que el suelo ya no puede soportar el crecimiento de los cultivos.
Colocar mosaicos en estas áreas bajas junto con las pendientes laterales (para interceptar el agua salina antes de que llegue a las áreas más bajas) reducirá el nivel freático. Además, eventualmente puede lixiviar las sales, dependiendo de la cantidad de precipitación. Un sistema de drenaje específico de relativamente pocas líneas de mosaicos puede ser todo lo que se necesita para abordar una situación de filtración salina.
La economía de los sistemas de drenaje con baldosas depende de:
Respuesta del rendimiento de los cultivos.
Inversión de capital inicial para los materiales y la instalación del sistema.
Cualquier costo anual de operación y mantenimiento, como electricidad para tomas de bombeo.
Rendimiento
Aunque se puede evaluar directamente la respuesta del rendimiento de los cultivos al drenaje, los impactos del drenaje inadecuado en la calidad del suelo (estructura, actividad microbiana, etc.) son más difíciles de medir y asignar valor económico.
Muchos cultivos extensivos responden positivamente al drenaje (en suelos que antes tenían mal drenaje). A menudo, la mejor respuesta es combinar el drenaje de superficie y de baldosas. El nivel de aumento del rendimiento para un año determinado depende en gran medida de qué tan mal drenado estaba el suelo antes del drenaje y del momento de las lluvias estacionales.
Las investigaciones han demostrado que durante muchas temporadas de crecimiento, los rendimientos promedio pueden aumentar entre un 10 y un 15 por ciento, dependiendo de los factores antes mencionados. Los aumentos de rendimiento típicos podrían ser de 10 a 30 bushels por acre para el maíz y de 4 a 8 bushels por acre para la soja.
La investigación en un suelo franco arcilloso ha demostrado que el rendimiento del trigo se reducirá en un 42 por ciento y el de la remolacha azucarera en un 29 por ciento cuando el nivel freático permanece de 15 a 20 pulgadas por debajo de la superficie durante períodos prolongados durante la temporada de crecimiento.
Los gastos de explotación
Además de los aumentos de rendimiento asociados con un drenaje adecuado, también puede reducir los gastos operativos de su granja debido a la reducción de los insumos agrícolas, el menor consumo de energía y las operaciones de campo oportunas. Varios fabricantes de tuberías de drenaje tienen herramientas para evaluar las inversiones en drenaje.
El drenaje con baldosas no elimina del suelo el agua disponible para las plantas, simplemente elimina el agua gravitacional que drenaría naturalmente, si no estuviera impedida por capas confinadas en el suelo.
Los mayores beneficios del drenaje de baldosas generalmente se obtienen en años húmedos. Sin embargo, debido a que el drenaje promueve el desarrollo profundo de las raíces, los cultivos a menudo tendrán mejor acceso a la humedad del suelo en los años secos. Durante las temporadas de crecimiento extremadamente secas, es ciertamente posible que un campo con drenaje de baldosas tenga menos agua disponible en algún momento durante la temporada de crecimiento que un campo sin drenaje.
Se desconoce si tal efecto compensaría o no los efectos positivos del drenaje al comienzo de la temporada, y es muy específico de cada sitio y año. En general, donde existen suelos mal drenados, los rendimientos de los cultivos serán más uniformes de año en año con drenaje con tejas.
Puede instalar estructuras de control de drenaje (también conocidas como drenaje controlado o gestión de agua de drenaje) para tener la posibilidad de limitar la liberación de agua de drenaje para conservar más agua del suelo en la zona de las raíces. De manera similar, puede apagar la bomba en una estación de bombeo si le preocupan las condiciones de crecimiento más secas.
Los impactos del drenaje de baldosas en la calidad del agua pueden ser tanto positivos como negativos.
En general, en comparación con el drenaje superficial, los campos drenados con baldosas pueden reducir las pérdidas de fósforo y sedimentos a través de la escorrentía superficial, mientras que las pérdidas de nitrógeno nitrato y otros componentes disueltos de la zona de las raíces tienden a ser mayores.
El grado en que estos componentes aumentan o disminuyen también depende de las prácticas de gestión agrícola. Las magnitudes de las pérdidas varían mucho de un año a otro, principalmente debido a la variabilidad de las precipitaciones anuales.
Prácticas de drenaje de conservación.
Se han desarrollado (y se están desarrollando) varias prácticas de drenaje de conservación para abordar los problemas de calidad del agua. Algunas de estas prácticas incluyen:
Prácticas agronómicas y de producción de cultivos modificadas (momento/tasa de fertilización y selección de cultivos).
Gestión del agua de drenaje o drenaje controlado.
Diseño de drenaje optimizado.
Entradas de superficie alternativas.
Biorreactores de astillas de madera.
Tampones saturados.
Humedales restaurados.
Zanjas de drenaje de dos etapas (Figura 5).
Durante más de un siglo, el impacto del drenaje con tejas en el flujo aguas abajo y las inundaciones ha sido objeto de mucho debate. La forma en que el drenaje de las tejas influye en el caudal implica procesos complejos que dependen de muchos factores.
Factores clave
Generalizaciones como decir que el drenaje de losas “causa” inundaciones o que el drenaje de las losas “evita” las inundaciones simplifican demasiado el problema. Los factores importantes que determinarán el impacto del drenaje de losas en el flujo aguas abajo y las inundaciones incluyen:
Tipos de suelo.
Cantidad e intensidad de las precipitaciones (o deshielo).
Punto de interés (cerca de la salida del campo o sobre una cuenca más grande).
Marco temporal de interés.
Condiciones de humedad del suelo existentes.
La extensión del drenaje superficial, incluidas las tomas superficiales.
Mejoras en el canal.
A pesar de esta complejidad, existen áreas de acuerdo general en la investigación sobre drenaje de tejas y caudales.
Resultados de la investigación
Para suelos mal drenados y de baja permeabilidad, donde el drenaje con tejas se usa típicamente en el Alto Medio Oeste, el drenaje con tejas reducirá el nivel freático. Esto aumenta la capacidad de almacenamiento e infiltración de agua del suelo y reduce la cantidad de escorrentía superficial y los flujos máximos provenientes del campo.
Eventos de lluvia o deshielo
En el caso de eventos de lluvia o deshielo pequeños o moderados, esto puede ayudar a reducir los caudales máximos aguas abajo que a menudo son motivo de preocupación por inundaciones. Sin embargo, la descarga del drenaje de tejas ocurre durante un período de tiempo más largo que la escorrentía superficial, por lo que los flujos base (caudales entre tormentas o eventos de deshielo) tienden a aumentar debido al drenaje de tejas.
Algunos estudios basados en modelos informáticos sugieren que el agua total que sale del campo (escorrentía superficial más tejas y flujo de agua subterránea poco profunda) en un escenario con drenaje de tejas puede aumentar aproximadamente un 10 por ciento. Estos estudios no han sido verificados con datos de campo.
Para grandes eventos de lluvia o deshielo o eventos de lluvia prolongada en suelos húmedos que exceden la capacidad de infiltración del suelo, que generalmente están relacionados con inundaciones catastróficas, la escorrentía superficial impulsa los caudales y el drenaje de losas tiene un impacto mínimo en los flujos aguas abajo y las inundaciones (Figura 6).
Escalas de cuencas hidrográficas
Al ir más allá de la escala de campo a escalas de cuencas hidrográficas más grandes, la complejidad aumenta enormemente con una mayor variación en todos los factores que contribuyen al caudal. Por tanto, resulta mucho más difícil aislar los impactos del drenaje de las baldosas a estas escalas. Esta es la razón por la que aún no se comprende bien la influencia del drenaje de tejas en el caudal y las inundaciones a estas escalas más grandes.
Skaggs, RW, Brevé, MA y Gilliam, JW Impactos hidrológicos y en la calidad del agua del drenaje agrícola. (1994). Revisiones críticas en ciencia y tecnología ambientales, 24 (1), 1-32.
Revisado en 2018