Introducción

Las zonas áridas se caracterizan por precipitaciones de corta duración y alta intensidad (^{Rango et al., 2006}; ^{Wei et al., 2007}), que producen un marcado efecto erosivo sobre la fragilidad de los suelos, así como elevada evapotranspiración, y contribuyen a determinar y condicionar el tipo y desarrollo de una agricultura adaptada a estas limitantes (^{Ries y Hirt, 2008}). En estas regiones, los ecosistemas son frágiles, la vegetación es escasa y, por tanto, los procesos erosivos ocurren rápidamente luego de una precipitación intensa. El mantenimiento de la vegetación nativa, así como cualquier mecanismo que permita disminuir la escorrentía, aumentando la infiltración, permitirán mejores condiciones para el establecimiento de la agricultura de zonas áridas y semiáridas, por lo cual las diversas alternativas existentes merecen estudiarse y difundirse.

^{Fortanelli et al. (2000)} señalan que, a nivel mundial, existen aproximadamente 49 millones de kilómetros cuadrados considerados ecosistemas áridos, semiáridos o subhúmedos. Estos comprenden un complejo grupo de regiones naturales ubicadas en varias áreas del planeta, interrelacionadas con otros ecosistemas, debido a su potencial natural y cultural para un desarrollo sostenible (^{FAO, 2010}). En la América tropical, alrededor de 15 000 000 km² son afectados por climas secos que moldean el cinturón árido peri-caribeño, incluyendo el norte de Venezuela y Colombia, las islas del Caribe, una buena parte de América Central, especialmente México y Guatemala, y el noroeste de Brasil (^{Díaz, 2001}).

En Venezuela, los ecosistemas semiáridos ocupan 41 023 km², los cuales se distribuyen desde la Goajira hasta el golfo de Cariaco, además de la altiplanicie de Barquisimeto y las mesas áridas de los Andes. Adicionalmente, se ha establecido que 11 420 km² de suelos presentan problemas de acidez, salinidad o sodicidad. El mayor porcentaje de estos suelos está ubicado en la zona costera del estado Sucre, así como en los estados Anzoátegui, Falcón, Carabobo y Lara (^{Matteucci y Colma, 1997}). Dado esto, el desarrollo de actividades agroindustriales en los ecosistemas áridos y semiáridos de Venezuela ha sido limitado, debido a que implica afrontar una serie de factores adversos, como: falta de agua, mínima cubierta vegetal, bajo perfil productivo, y escaso contenido de materia orgánica, entre otros (^{Pedroza et al., 2004}).

Uno de los problemas que mayormente afecta la calidad de los suelos en las zonas áridas, es la erosión, por lo cual deben buscarse alternativas para su reducción. Entre las alternativas propuestas está el uso de barreras vivas, las cuales son obstáculos densos al nivel de la superficie del suelo formados con plantas (pastos, arbustos), con el propósito de modificar y reducir la velocidad y el esfuerzo cortante de la escorrentía en una ladera (^{Dabney et al., 1993}; ^{Van Dijk et al., 1996}). Las barreras vivas se han utilizado con éxito con especies como Gliricidia sepium L., las cuales han probado su utilidad para reducir la escorrentía y propiciar la formación paulatina de terrazas.

Otra práctica usada para el control de la erosión son las torobas, las cuales son dispositivos antierosivos construidos con estacas de madera y restos vegetales colocados en forma perpendicular a la dirección de la escorrentía. El objetivo de la toroba es disminuir el efecto erosivo de la escorrentía y contribuir a una mejor distribución del agua para que se acumule y se infiltre. Existen distintos tipos de torobas: una, cuyo objetivo principal es desviar el cauce principal para distribuirlo hacia las parcelas, se denomina toroba de derivación.

Uno de los aspectos más relevantes derivados del uso de torobas a largo plazo es formación de miniterrazas y el horizonte antrópico, que indudablemente conducirá a una mejora de la fertilidad del suelo, dado la acumulación de sedimentos con alto contenido de minerales y materia orgánica aportada por los residuos vegetales.

La hipótesis de la investigación es que luego de 20 años de implementación de las torobas, se observará un mejoramiento en las condiciones, físicas e hidrológicas del suelo, así mismo considerando que las torobas promueven la formación de miniterrazas, esto conllevó a la acumulación de materia orgánica y de nutrientes en el suelo, por lo tanto se espera que en los suelos donde se implementó el dispositivo toroba, las condiciones físicas e hidrológicas y de fertilidad sean superiores a las del suelo bajo condiciones naturales, donde las precipitaciones intensas y la escasa cobertura vegetal conllevaron a pérdidas del suelo por erosión, por lo tanto el objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la toroba sobre el mejoramiento la calidad del suelo en términos de fertilidad, producto de la acumulación de nutrientes proveniente de sedimentos minerales y materia orgánica.

Materiales y métodos

Descripción de la zona de estudio

El estudio fue realizado en las localidades de Mide municipio Urumaco, estado Falcón, entre las coordenadas 11° 00’ y 11° 04’ de latitud norte y entre 70° 13’ y 70° 17’ longitud oeste y Zamurito municipio Buchivacoa, estado Falcón con coordenadas 11’ 03 latitud norte y 70’ 33 longitud oeste, ambas ubicadas en la zona semiarida venezolana al noroccidente del estado Falcón (Figura 1).

Figura 1 Ubicación de los sitios de muestreo para la evaluación de funcionamiento de torobas en los sectores Mide y Zamurito en Falcón, Venezuela.  

La zona de Mide, es típica del bosque seco tropical, con un régimen pluviométrico promedio de 400 mm/año característico del semiárido falconiano, distribuido en dos picos de precipitación: el primero de mayo a junio y el segundo de septiembre a noviembre (^{COPLANARH, 1975}). Los sistemas de producción predominantes en la zona son: la cría extensiva de ganado caprino y la agricultura de subsistencia bajo condiciones de secano para producir maíz, millo y frijol.

Los suelos del sector Mide, pertenecen se clasifican taxonómicamente como Calciorthents, ubicados desde el punto de vista geomorfológico en las terrazas aluviales (T) del río Lagarto, su relieve es plano y de forma convexa, poseen pendiente general entre 1 y 2.5%, con zonas con pendientes de 3.5% (^{COPLANARH,1975}). Son suelos renovados constantemente por aportes del río Lagarto, poseen una textura franco arenosa (Fa) a franco-arcillosa (FA) de rápida a moderaa permeabilidad, de moderada a rápida infiltración, con una estructura débil en la superficie y moderada en su profundidad, la fertilidad es de moderada a baja, son altamente susceptibles a la erosión, sobre todo en surcos y cárcavas (^{Martínez et al., 1989}).

La zona de Zamurito se ubica en el área corresponde a un monte espinoso tropical, presenta una temperatura promedio de 29 °C, una evaporación de 1 708 mm anuales y una precipitación promedio de 490 mm. Los suelos del sector Zamurito se clasificaron taxonómicamente como Haplargids, con pendientes generales entre 0.5 y 1.5% y localmente hasta 3% ubicados desde el punto de vista geomorfológico dentro de un glacis. Lo suelos se caracterizan por ser franco- arcilloso a franco-arenosos con bajo contenido de materia orgánica, pH de 7.2, alto contenido de fósforo, potasio y calcio con valores promedios de 122, 496 y 2 000 mg kg^-1 respectivamente, al igual que Mide la principal actividad agrícola es la explotación caprina (^{Sánchez et al., 2005}).

Diseño de muestreo. El experimento se realizó siguiendo un diseño en bloques al azar; para ello, se estableció una transecta perpendicular a la disposición de las torobas y se tomaron seis puntos en la dirección de la transecta (Figura 2). Cada sitio se evaluó por separado y dentro de los mismos, los tratamientos se arreglaron en forma factorial, donde se evaluó el uso del dispositivo antierosivo (toroba y bosque natural) y la posición en la toroba (alta, media y baja). Cada posición se consideró en las dos transectas y se evaluaron dos condiciones por sitios (toroba y bosque), para seis tratamientos por cada sitio de muestreo (Mide y Zamurito) para un total de 12 unidades experimentales.

Figura 2 Diseño de muestreo para la evaluación de funcionamiento de torobas en los sectores Mide y Zamurito en Falcón, Venezuela. 

Variables evaluadas. A las muestras de suelo secadas y tamizadas (2 mm) se les determinó distribución de tamaño de partículas (Bouyucos, 1936), carbono orgánico (^{Walkley y Black, 1934}), pH (^{Miller y Kisell, 2010}), conductividad eléctrica (^{Gavlak et al., 2003}), nitrógeno (^{Kjeldahl, 1883}); contenido de fósforo (^{Olsen et al., 1954}), potasio (^{Pratt, 1951}), calcio y magnesio (^{Doll y Lucas, 1973}).

Para la determinación de los atributos físicos distribución de tamaño de partículas, densidad aparente (Da), porosidad (EPT), macroporosidad (fa), microporosidad (fw), y conductividad hidráulica saturada (Ks) del suelo se utilizaron las muestras de suelo no disturbadas, obtenidas a partir de un muestreador tipo Uhland marca Humboldt modelo H4203.3, siguiendo la metodología descrita por ^{Pla (1983)}, la velocidad de infiltración fue determinada por el método propuesto por ^{Doran (2000)}.

Análisis estadístico. El análisis estadístico consistió en realizar un análisis de varianza según el muestreo realizado, mediante comparación de las posiciones dentro de la toroba y en cada localidad por separado. El modelo estadístico aplicado se corresponde con un experimento factorial con dos factores: posición dentro de la toroba (alta, media, baja) y dispositivo (toroba y bosque natural). Para cada combinación de posición y dispositivo se tomaron 6 muestras. El modelo estadístico aplicado fue:

Donde: F_i= efecto debido a la posición dentro de la toroba, P_j es el efecto debido al uso del dispositivo, (FP)_ij= efecto de la interacción entre la posición y la presencia del dispositivo, y ε_ijk= error. En los casos que fue necesario se realizaron comparaciones de medias de Tukey (p< 0.05). El análisis estadístico se realizó usando el paquete estadístico computarizado ^{Infostat versión 1.1 (2008)}.

Resultados y discusión

Los suelos del sector Zamurito presentaron mayor contenido de partículas muy finas (Cuadro 1), por lo cual se observó un deterioro progresivo de sus condiciones físicas, lo que conllevó a problemas de compactación y peores condiciones hidrológicas, los cuales potencian los riesgos de erosión hídrica. En el sector Mide los problemas de deterioro físico fueron menores, dado una menor proporción de partículas muy finas, además del buen funcionamiento de la toroba, lo cual redujo el riesgo potencial de erosión.

Cuadro 1 Distribución de tamaño de partículas en los sectores de Mide y Zamurito. 

Arena muy gruesa de 2-2 mm; gruesa 1-0.5 mm, media 0.25-1 mm; fina 0.25-0.1 mm y muy fina 0.1- 0.05 mm.

Densidad aparente. En el sector Mide no se observaron diferencias significativas (p< 0.05) al comparar la toroba con el bosque natural en ninguna de las posiciones evaluadas a lo largo de la transecta, igual comportamiento fue observado en el sector Zamurito (Cuadro 2). La densidad aparente tiende a ser mayor en el sector Zamurito, en comparación con el sector Mide, con un valor de densidad aparente de 1.54 Mg m3, en comparación con 1.51 Mg m³, reportados en Zamurito. Lo anterior, indica una mayor tendencia a la compactación en los suelos de Zamurito, debido al predominio de partículas más finas que favorecen los procesos de compactación y restringen la entrada y flujo de agua en el suelo.

Cuadro 2 Densidad aparente en los sectores Mide y Zamurito en suelos bajo el uso de dispositivo Toroba. 

De acuerdo con los resultados obtenidos la densidad aparente poco entre los sitios y no se observó cambios entre el sistema bajo Toroba en comparación al sistema bajo bosque, estos resultados sugieren que el sistema de toroba ha permitido mantener la densidad aparente en valores similares a lo del bosque, sin embargo los valores están por encima de los valores críticos establecidos por ^{Florentino (1998)} para suelos de clase textural similar, por lo que es evidente un proceso de compactación en ambas condiciones. Los resultados son similares a los reportados por ^{González-Pereza y Dezzeo (2011)}, quienes no encontraron diferencias al comparar la densidad aparente de un bosque seco tropical venezolano con pastizales jóvenes y viejo, estos autores esperaban valores altos de densidad aparente alto en los pastizales producto del sobrepastoreo, el cual es una de las causas principales del deterioro de las propiedades físicas en las regiones secas, especialmente por el pastoreo caprino ( ^{Sharrow et al., 2007} y ^{Geissen et al., 2009}).

Porosidad. En Mide, los valores de espacio poroso y microporosidad tienden a ser más altos bajo bosque natural en comparación a la toroba, incluso en la posición baja el espacio poroso fue significativamente más alto en el bosque natural en comparación a la toroba (p< 0.05), mientras que en la posición media los valores de micro porosidad fueron más alto en el bosque natural (Cuadro 3).

Cuadro 3 Porosidad en el sector Mide en suelos bajo el uso de dispositivo Toroba. 

En Zamurito no se observaron cambios (p< 0.05) para las variables porosidad, macroporosidad y microporosidad al comparar la toroba con el bosque natural (Cuadro 4), tampoco se observaron cambios a lo largo del transecto. Sin embargo la tendencia mostrada es que el dispositivo toroba tiende a mejorar las condiciones físicas del suelo con respecto a las condiciones iniciales, sin embargo el tiempo de implementación no es el suficiente para que estos cambios sean significativos.

Cuadro 4 Porosidad en el sector Zamurito so de dispositivo Toroba. 

Los valores más altos de espacio poroso total correspondieron al sector Mide, con 45.19%, los cuales fueron superiores a los ecnontrados en el sector Zamurito, el cual presento valores de 40.19%. En Zamurito los valores más altos de densidad aparente se reflejaron en una reducción de la porosidad, lo cual indica que en esta zona los procesos de compactación fueron más severos. Cuando se analizó la distribución de los macro y microporos, se encontró que, en efecto, las mejores condiciones para la infiltración, aireación y f lujo de agua se presentan en Mide; donde existió un mayor predominio de macro poros en comparación a Zamurito.

Sin embargo, en Mide se observaron valores más altos de microporos, lo que puede ocasionar problemas de movimiento de agua, lo que favorece el escurrimiento y por ende la erosión (^{Ferreras et al, 2000}; Jalota, et al., 2001; ^{Bravo et al., 2004}), estos procesos se pueden ver potenciados en la zona debido a la baja de tasa de infiltración y la ocurrencia de lluvias de alta intensidad.

Variables hidrológicas evaluadas. En Mide se observó que la posición alta la velocidad de infiltración fue considerablemente mayor (p< 0.05) en la toroba en comparación al bosque natural (Cuadro 5), para las posiciones bajas y medias no se observaron diferencias significativas. Con respecto a la conductividad hidráulica esta fue superior en el bosque natural con relación a la Toroba en las posiciones alta y media, para la posición baja no se observaron diferencias significativas, aunque se notó una drástica disminución en los valores de conductividad hidráulica.

Cuadro 5 Variables hidrológicas evaluadas en el sector Mide en suelos bajo el uso de dispositivo Toroba. 

En Zamurito la velocidad de infiltración fue mayor en la toroba en comparación al bosque natural en la posición media, mientras que en la posición más alta los valores más altos correspondieron al bosque natural (Cuadro 6), para la posición baja no existieron diferencias significativas (p< 0.05).

Cuadro 6 Variables hidrológicas evaluadas en el sector Zamurito en suelos bajo el uso de dispositivo Toroba. 

En términos generales, la mayor velocidad de infiltración se reportó en el suelo de Mide, el cual presenta mejores condiciones estructurales, mientras que en Zamurito, el deterioro de las condiciones físicas favoreció los procesos de sellado del suelo, disminuyendo drásticamente la velocidad de infiltración. ^{Prieto et al. (2009)} corroboran estos resultados y señalan que el incremento de la tasa de infiltración se ve contrarrestado por una mayor alteración de la estructura del suelo al incrementar la intensidad de la lluvia. Las partículas finas separadas de los agregados del suelo se incrementaron a medida que la energía cinética de la lluvia fue mayor (proporcional a la intensidad), por lo que se sellan los poros y disminuye la tasa de infiltración.

Los valores más bajos de conductividad hidráulica fueron reportados en los suelos del sector Zamurito, donde el uso de la toroba, no fue eficiente en el control de la erosión, mientras que los valores más altos, se observaron en los suelos de Mide, en ambos suelos los valores de Ks fueron más altos en el punto superior del transecto, mientras que los valores más bajos corresponden al punto inferior del transecto, debido a que en este se acumulan los sedimentos más finos. Estas marcadas diferencias si bien reflejan los cambios en la calidad del suelo producto del sistema de manejo, también estuvieron influenciadas por la alta variabilidad que presenta esta variable en su determinación (^{Johnston et al., 2009}).

Estabilidad de agregados. El contenido de agregados con diámetro menor de 0.25 mm fue encontrado en el sector Zamurito (Cuadro 7), debido a la disgregación de los agregados de mayor tamaño, lo cual podría representar un incremento potencial en el riesgo de erosión ya que, de acuerdo con ^{Ramírez et al. (2006)}, el predominio de agregados con tamaños de 0.05 a 0.25 mm refleja que los suelos son los más susceptibles a la erosión hídrica. Un aspecto importante a destacar es que en ambos caso el dispositivo Toroba mejoró la agregación del suelo, y por lo tanto, redujo los riesgos de erosión, al observarse un aumento de los agregados mayores de 2 mm.

Cuadro 7 Distribución de tamaño de agregados estables al agua y porcentaje del diámetro en los sectores Mide y Zamurito. 

Este comportamiento puede obedecer entre otras razones al predominio de partículas finas en Zamurito, especialmente limo y arenas muy finas, que favorecen el deterioro estructural del suelo. ^{Pla et al. (1982)}; ^{Bravo (1999)} y ^{Pulido et al. (2009)} coinciden en señalar que los suelos que presentan predominancia de arenas muy finas, finas y limo tienen una baja estabilidad estructural y una susceptibilidad a la separación cuando son impactados por la gota de lluvia, lo cual se refleja en la rápida formación del sello superficial, acompañada de un brusco descenso de la conductividad hidráulica saturada Asimismo, estos autores reportan que los suelos con alta erosionabilidad presentan el mayor porcentaje de agregados en los diámetros menores.

Conclusiones

Los suelos ubicados en Mide presentaron mejores condiciones físicas del suelo en comparación al sector Zamurito, lo cual se tradujo en valores más altos de infiltración, conductividad hidráulica y menor densidad aparente. La recuperación de las propiedades físicas del suelo estuvo asociado al uso eficiente de las torobas, mientras que en Zamurito las condiciones edafoclimaticas adversas no han permitido el mejoramiento de calidad física del suelo. La implementación de las Torobas mejoró la agregación del suelo; en Mide, donde predominaron los agregados mayores de 2 mm, mientras que en Zamurito predominaron los agregados menores a 0.25 mm lo que refleja una mayor susceptibilidad del suelo a ser erosionado.

El mejoramiento de la fertilidad del suelo fue observado en Zamurito al observase valores de materia orgánica, nitrógeno, fosforo y potasio, producto de la acumulación de nutrientes en las posiciones más bajas.