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10.1. Erosión hídrica del suelo
Factores y procesos de la erosión hídricaPIM en Ecología y Edafología (Módulo de Edafología)
Grado en Biología, Facultad de Biología (Universidad de Sevilla)
Antonio Jordán, Lorena M. ZavalaDpto. de Cristalografía, Mineralogía y Química Agrícola
Concepto de erosión de suelo
La erosión del suelo es un proceso con dos fases: Desprendimiento de partículas individuales de la masa
de suelo.
Transporte por los agentes erosivos (agua y viento).
Cuando la energía de estos agentes no es suficiente, se produce la deposición de sedimentos.
RPC Morgan (1997)
Suelo no degradado44.01%
Ligera17.55%
Moderada26.97%
Fuerte11.11%
Extrema0.36%
Suelo afectado por erosión hídrica en el mundo
Suelo no degradado Ligera Moderada Fuerte Extrema
¿Qué ocurre si no hay erosión?
Tiempo transcurrido bajo condiciones estables
Roca Alteracion físicaAlteración
química
Intensa alteración química,
migración de sustancias y
actividad
biológica
Pérdida de coloides y nutrientes
Sustrato arenoso estéril
La erosión como factor natural
Suelos poco desarrolladosPendiente elevadaInfiltración escasa
Erosión intensa
Suelos de desarrollo moderadoPendiente moderadaInfiltración moderada
Erosión moderada
Suelos desarrollados y fértilesPendiente baja
Infiltración elevadaErosión inapreciable
Escorrentía
Zona saturada
La erosión como factor natural
Profundización
Superficie inicial
Superficie final
Suelo progresivamente rejuvenecido
Para un suelo bien conservado, la erosión tolerable está en torno
a 100 g m-2 año-1
Erosión
Formación de suelo
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Erosión natural (P.N. Los Alcornocales), Antonio Jordán / Imaggeo Paisaje erosionado (Fuerteventura), Antonio Jordán / Imaggeo
Erosión acelerada (P.N. Los Alcornocales), Antonio Jordán / Imaggeo Erosión acelerada (Rota, Cádiz), Antonio Jordán / Imaggeo
Erosión acelerada (Valencia), Antonio Jordán Erosión acelerada (Setenil, Cádiz), Antonio Jordán / Imaggeo
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Erosión acelerada (Espartinas, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo
0
50
100
150
200
250
300
350
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
PR
OD
UC
CIÓ
N D
E SE
DIM
ENTO
S (t
km
2a-1
)
PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL EFECTIVA (mm)
Relaciones entre la producción de sedimentos y la precipitación media anual y la escorrentía media anual, a partir de Morgan (1997)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 200 400 600 800 1000 1200
PR
OD
UC
CIÓ
N D
E SE
DIM
ENTO
S (m
3km
2a-1
)
ESCORRENTÍA MEDIA ANUAL (mm)
Langbeim y Schum (1958)
Douglas (1967)
E F M A M J J A S O N D
PO
RC
ENTA
JE D
EL V
ALO
R M
ÁX
IMO
(%
)
MES
Erosión Precipitación Cobertura vegetal
Ciclos estacionales de precipitación, cobertura vegetal y erosión en un clima subhúmedo, a partir de Morgan (1997)
Kirby (1980)
Factores de la erosión
Factores intrínsecos (erosionabilidad) Fuerza cortante Estructura Textura Contenido en materia
orgánica Porosidad /
conductividad hidráulica Agentes cementantes …
Factores extrínsecos (erosividad) Vegetación y uso
Cobertura vegetal Morfología y disposición de las hojas Densidad de tallos y ramas Raíces
Manejo del suelo Arado Control de malas hierbas Medidas de conservación de suelo Infraestructuras
Relieve Inclinación Forma de la ladera Longitud Microrrelieve
Clima Cantidad de precipitación Intensidad de la precipitación Concentracion de la precipitación Energía cinética
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ERO
SIÓ
N (
Mg
ha-1
)
LONGITUD (m)
Serie de suelo (USDA) Balcom (Typic Calcixerepts)
Vegetación / uso Cultivo de cebada
Forma de la ladera Uniforme
Pendiente media 20%
Longitud de la ladera 100 m
Anchura de la ladera 20 m
Estación climática Los Angeles WB City
Precipitación anual 320 mm año-1
Escorrentía anual 2.54 mm año-1
Pérdida de suelo anual 1.66 Mg ha-1 año-1
WEPP
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ERO
SIÓ
N (
Mg
ha-1
)
LONGITUD (m)
Serie de suelo (USDA) Arroyo Seco (Fluventic Haploxerolls)
Vegetación / uso Cultivo de cebada
Forma de la ladera Uniforme
Pendiente media 20%
Longitud de la ladera 100 m
Anchura de la ladera 20 m
Estación climática Los Angeles WB City
Precipitación anual 320 mm año-1
Escorrentía anual 2.54 mm año-1
Pérdida de suelo anual 0.28 Mg ha-1 año-1 (17%)
WEPP
Balcom Textura franca fina Permeabilidad moderadamente baja (5.08 mm h-1)
Arroyo Seco Textura francoarenosa con gravas Permeabilidad moderada (10.98 mm h-1)
Factores intrínsecos (erosionabilidad): Fuerza cortante Estructura
Textura Contenido en materia orgánica Porosidad / conductividad hidráulica Agentes cementantes
…
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4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ERO
SIÓ
N (
Mg
ha-1
)
LONGITUD (m)
Serie de suelo (USDA) Balcom (Typic Calcixerepts)
Vegetación / uso Matorral
Forma de la ladera Uniforme
Pendiente media 20%
Longitud de la ladera 100 m
Anchura de la ladera 20 m
Estación climática Los Angeles WB City
Precipitación anual 320 mm año-1
Escorrentía anual 0 mm año-1 (0%)
Pérdida de suelo anual 0 Mg ha-1 año-1 (0%)
WEPPFactores extrínsecos: Vegetación y uso
Cobertura vegetal Morfología y disposición de las hojas Densidad de tallos y ramas Raíces …
Manejo del suelo Arado Control de malas hierbas Medidas de conservación de suelo Infraestructuras …
Cultivo de cebada
Matorral
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ERO
SIÓ
N (
Mg
ha-1
)
LONGITUD (m)
Serie de suelo (USDA) Balcom (Typic Calcixerepts)
Vegetación / uso Cultivo de cebada
Forma de la ladera Convexa
Pendiente media 20%
Longitud de la ladera 100 m
Anchura de la ladera 20 m
Estación climática Los Angeles WB City
Precipitación anual 320 mm año-1
Escorrentía anual 2.54 mm año-1
Pérdida de suelo anual 2.95 Mg ha-1 año-1 (178%)
WEPPFactores extrínsecos: Forma de la ladera Forma de la ladera Inclinación (por debajo del 3 % de
pendiente no se forma escorrentía y no hay erosión)
Longitud Microrrelieve
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ERO
SIÓ
N (
Mg
ha-1
)
LONGITUD (m)
Serie de suelo (USDA) Balcom (Typic Calcixerepts)
Vegetación / uso Cultivo de cebada
Forma de la ladera Uniforme
Pendiente media 40%
Longitud de la ladera 100 m
Anchura de la ladera 20 m
Estación climática Los Angeles WB City
Precipitación anual 320 mm año-1
Escorrentía anual 2.54 mm año-1
Pérdida de suelo anual 3.80 Mg ha-1 año-1 (229%)
WEPPFactores extrínsecos: Pendiente
Serie de suelo (USDA) Balcom (Typic Calcixerepts)
Vegetación / uso Cultivo de cebada
Forma de la ladera Uniforme
Pendiente media 20%
Longitud de la ladera 200 m
Anchura de la ladera 20 m
Estación climática Los Angeles WB City
Precipitación anual 320 mm año-1
Escorrentía anual 2.54 mm año-1
Pérdida de suelo anual 2.27 Mg ha-1 año-1 (137%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
ERO
SIÓ
N (M
g h
a-1)
LONGITUD (mm)
WEPPFactores extrínsecos: Longitud de la pendiente
Por causa de la escorrentía, laintensidad de desprendimientodisminuye con la longitud de lapendiente a partir de un ciertovalor
Sin formación deregueros, la erosiónpuede disminuir enladeras con longitudmayor de 10 m
Una vez formadoslos regueros, laerosión aumentacon la longitud dela pendiente
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ERO
SIÓ
N (M
g h
a-1)
LONGITUD (mm)
Serie de suelo (USDA) Balcom (Typic Calcixerepts)
Vegetación / uso Cultivo de cebada
Forma de la ladera Uniforme
Pendiente media 20%
Longitud de la ladera 100 m
Anchura de la ladera 20 m
Estación climática Strawberry Valley
Precipitación anual 1844 mm año-1 (576%)
Escorrentía anual 236.22 mm año-1 (9300%)
Pérdida de suelo anual 17.48 Mg ha-1 año-1 (1053%)
WEPP
Los Angeles WB City 38 precipitaciones 1 tormenta produjo 3.6 mm
Strawberry Valley 82 precipitaciones 5 tormentas sobrepasaron 80.75 mm La fusión de la nieve produjo 154.92 mm
Factores extrínsecos: Clima Cantidad de precipitación Intensidad de la precipitación Concentracion de la precipitación Energía cinética
Efecto de la cobertura vegetal
Bosques Escorrentía : 0 – 20% Infiltración: 80 – 100%
Vegetación herbácea Escorrentía : 40 – 50% Infiltración : 50 – 60%
Pequeñas infraestructuras Escorrentía : 50 – 60% Infiltración : 40 – 50%
Zonas urbanas Escorrentía: 90 – 100% Infiltración : 0 – 10%
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Erosión por impacto de
gotas
Erosión laminar
Erosión en regueros y arroyos
Erosión en cárcavas
Erosión lateral
Procesos de erosión hídrica
Erosión entre regueros
• Erosión por salpicadura
• Erosión laminar
Erosión en regueros
• Cursos de agua poco profundos (< 25 m) y efímeros
• Se forman a partir del microrrelieve, alteraciones de la cobertura o manejo del cultivo
• No impiden el laboreo
Erosión en cárcavas
• Cursos de agua profundos (entre 25 cm y varios metros) y efímeros
Erosión por subfusión
• Red de drenaje subsuperficial que termina por colapsarse
Procesos de erosión hídricaErosión entre regueros
La erosión entre regueros actúa de manera inermitentesobre la mayoría de la superficie de las laderas.
Depende de: La humedad, estructura y compactación del suelo. La intensidad de lluvia, y la energía cinética de las gotas de
lluvia:
Energía cinética =1
2mv2
Se produce en tres fases: En suelos relativamente secos, la mayor parte de la energía se
invierte en la rotura y deformación de los agregados. Cuando el suelo está más húmedo, en el arrastre. Desprendimiento de partículas en función de las propiedades
de la superficie del suelo, la escorrentía y el encharcamiento.
Dirección del impacto de la gota de lluvia
Pequeñas gotas que
rebotan con sedimentos en
suspensión Transporte local
Gota de lluvia
Superficie plana Superficie inclinada
Trayectoria de las partículas desplazadas
Procesos de erosión hídricaErosión entre regueros
Fernández-Raga et al., 2017. DOI: 10.1016/j.earscirev.2017.06.009
Procesos de erosión hídricaErosión entre regueros
Los sucesivos impactos
desplazan a nuevas
partículas
El impacto de la gota de agua
desplaza a partículas del
suelo
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Chimenea de brujas (Almadén de la Plata, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo Chimenea de brujas, Antoni Girona / Imaggeo
Procesos de erosión hídricaErosión entre regueros
Partículas finas en suspensión(limo y arcilla)
Partículas medias en saltación(arena)
Partículas gruesas en reptación(arena gruesa y grava)
Escorrentía
En un suelo arenoso, la saturación de los poros superficiales es muy lenta y la formación de escorrentía difícil (P.N. de Doñana), Antonio Jordán / Imaggeo
Erosión laminar (Alcalá de los Gazules), Antonio Jordán / Imaggeo
Valla nueva Valla antigua afectada por la erosión laminar
La erosión laminar ha desplazado las partículas finas y ha dejado una cobertura de piedras que estaba contenidas en la matriz del suelo (Almadén de la Plata, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo
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Suelo estructurado con hojarasca Suelo sellado
Infiltración
Procesos de erosión hídricaErosión entre regueros
Las gotas y sedimentos se desplazan en todas
las direcciones
Las gotas y sedimentos se desplazan en una dirección preferente
Sello
Sellado por paso de vehículos (Guillena, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo
La erosión por salpicadura produce sellado de los poros y acelera la formación de escorrentía (Las Pajanosas, Sevilla), Antonio Jordán / Imaggeo Sellado superficial en suelos agrícolas (Valencia), Antonio Jordán / Imaggeo
Sellado superficial en suelos agrícolas (Valencia), Antonio Jordán / Imaggeo
Procesos de erosión hídricaErosión en regueros
La erosión en regueros actúa de forma concentrada, y no está relacionada con el impacto de las gotas de lluvia.
La erosión en regueros ocurre cuando: El flujo laminar adquiere energía potencial al concentrarse
en un punto de la ladera como resultado de: El relieve. La vegetación. Las zonas de paso de animales / caminos. El cultivo.
Y/o se produce una incisión en la superficie del suelo, como consecuencia básicamente de: Energía cinética del flujo. Erosionabilidad de la superficie del suelo.
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Erosión en regueros (Tarifa, Cádiz), Antonio Jordán / Imaggeo Erosión en regueros (Tarifa, Cádiz), Antonio Jordán / Imaggeo
Los poros más superficiales empiazan a
saturarse y se encharca la superficie
Aparición de la escorrentía (erosión
laminar)
Multiplicación y crecimiento de
regueros
Inicio de la lluvia
Aparición de regueros donde la escorrentía se
concentra
Aparición de una cárcava
Crecimiento de la cárcava
Corriente efímera
A partir de R.P.C. Morgan (1997)
Rotura en la cubierta vegetal
Escarpe vertical
Retroceso del escarpe
Socavamiento
Turbulencia
Formación de una
depresión
Erosión en cárcavas
1 2
3 4
5
Erosión en cárcavas
A partir de R.P.C. Morgan (1997)
Escorrentía
Turbulencia
Pérdida de material
Grietas de tensión
Depósitos recientes
Retroceso
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Erosión por subfusión
La escorrentía subsuperficial se produce a través de canales excavados por animales, huecos de raíces o regueros colapsados.
A su vez, con el tiempo, los canales subsuperficiales acaban colapsando.
Túnel excavado
Escorrentía subsuperficial
Formación de un agujero en la
superficieColapso
Canal subsuperficial
Erosión por subfusión
Cárcava en un suelo cultivado arado a favor de pendiente (Arcos de la Frontera), Antonio Jordán / Imaggeo Cárcava con las paredes colapsadas (Arcos de la Frontera), Antonio Jordán / Imaggeo
Cárcavas en suelos agrícolas (Etiopía), Elise Monsieurs / Imaggeo Badlands (Huesca), Saskia Keesstra / Imaggeo Groapa Ruginoasa (Rumanía), Martin Reiser / Imaggeo Gran Cañón, Arizona (EEUU), John Clemens / Imaggeo
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Badlands en el Ejido de Atécuaro (Michoacán, México), Antonio Jordán / Imaggeo Badlands (Murcia), F. López-Bermúdez
Badlands (Perú), Kevin Norton / Imaggeo Badlands (Huesca), Artemi Cerdà / Imaggeo
Badlands (Capadocia, Turquía), Gert Verstraeten / Imaggeo Erosión en cárcavas (La Glalcha, cuenca del Souss, Marruecos), Irene Marzolff / Imaggeo
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Consecuencias de la erosión hídrica
Reducción del espesor del suelo Cambios en la textura (erosión selectiva) Disminución del contenido en materia orgánica Disminución de la conductividad hidráulica Disminución de la capacidad de retención de agua Pérdida de nutrientes Impacto sobre la calidad del agua Colmatación de masas de agua (naturales y artificiales) Dispersion de contaminantes …
Inundaciones en Málaga (2012), El País
Inundaciones en Málaga (2016), El País Inundaciones en Málaga (2017), El País
Inundaciones en Málaga (2010), El País
Inundaciones en Málaga (2015), El País
Inundaciones en Málaga (1989), Diario Sur
Inundaciones en Málaga (2006), ABC
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