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EDAFOLOGÍA, Vol. 10 (3), pp. 103-113, 2003 EROSIÓN HÍDRICA EN CAMPOS DE AGRICULTURA EXTENSIVA DE CLIMA MEDITERRÁNEO. INFLUENCIA DEL MANEJO DEL SUELO EN CASTILLA-LA MANCHA S. DE ALBA 1 , G. BENITO 2 , C. LACASTA 2 , A. PÉREZ-GONZÁLEZ 1 (1) F. CC. Geológicas (UCM), Dpto. de Geodinámica, Ciudad Universitaria s/n, 28040- Madrid. E-mail: [email protected]. (2) Centro de Ciencias Medioambientales, CSIC. Serrano 115 dpdo. 28006- Madrid. Abstract. The hydrological and erosive responses of different agricultural management systems, applied in experimental plots of the USLE type under natural rainfall and of those present in agricultural slopes affected by a single event of high rainfall intensity, are compared. The role of some key factors to determinate the intensity of the erosive process in the agro-environmental conditions in the study area, is analysed. Between others, the following key factors are discussed: the seasonally variability of soil cover and the oriented roughness on the soil surface (i.e., direction of the tillage furrows). Results indicate the need to evaluate the efficiency of the different practices of conservation to the agro-environmental conditions where the practices are applied. Results demonstrate the predominance of the erosive effects of the rainfall episodes of high intensity, in the study area. Findings point to the need to evaluate the efficiency of the different practices of conservation during the extreme episodes of rainfall. Key Words: Water erosion, agricultural management, semiarid, high intensity rainfalls. Resumen. Se comparan las respuestas hidrológicas y erosivas de diferentes sistemas de manejo agrícola en parcelas de tipo USLE y en laderas agrícolas afectadas por un episodio aislado de elevada intensidad de lluvia. Se analiza el efecto de algunos factores claves que, en las condiciones agroambientales del área de estudio (comarca de Torrijos, Toledo), deter- minan la intensidad de los procesos erosivos. Los resultados indican el papel predominante que desempeña tanto el recubrimiento de la superficie del suelo como la orientación de la rugosidad superficial generada por los surcos de laboreo, para determinar la respuesta erosi- va de los campos. El conjunto de resultados revelan la necesidad de validar y evaluar la efi- cacia de las distintas prácticas de conservación a las condiciones ambientales específicas del territorio donde van a ser aplicadas. En el área de estudio, se pone de manifiesto la predomi- nancia de los efectos erosivos de los episodios de extremos de elevada intensidad de lluvia frente a los efectos acumulados de episodios de moderada y baja intensidad pero mayor fre- cuencia. Se concluye la necesidad de evaluar la eficacia de las distintas prácticas de conser- vación durante los episodios extremos. Palabras clave: Erosión hídrica, manejo agrícola, semiárido, episodios extremos.

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EDAFOLOGÍA, Vol. 10 (3), pp. 103-113, 2003

EROSIÓN HÍDRICA EN CAMPOS DE AGRICULTURA EXTENSIVADE CLIMA MEDITERRÁNEO. INFLUENCIA DEL MANEJO DELSUELO EN CASTILLA-LA MANCHA

S. DE ALBA1, G. BENITO2, C. LACASTA2, A. PÉREZ-GONZÁLEZ1

(1) F. CC. Geológicas (UCM), Dpto. de Geodinámica, Ciudad Universitaria s/n, 28040-Madrid. E-mail: [email protected].

(2) Centro de Ciencias Medioambientales, CSIC. Serrano 115 dpdo. 28006- Madrid.

Abstract. The hydrological and erosive responses of different agricultural managementsystems, applied in experimental plots of the USLE type under natural rainfall and of thosepresent in agricultural slopes affected by a single event of high rainfall intensity, arecompared. The role of some key factors to determinate the intensity of the erosive process inthe agro-environmental conditions in the study area, is analysed. Between others, thefollowing key factors are discussed: the seasonally variability of soil cover and the orientedroughness on the soil surface (i.e., direction of the tillage furrows). Results indicate the needto evaluate the efficiency of the different practices of conservation to the agro-environmentalconditions where the practices are applied. Results demonstrate the predominance of theerosive effects of the rainfall episodes of high intensity, in the study area. Findings point tothe need to evaluate the efficiency of the different practices of conservation during theextreme episodes of rainfall.

Key Words: Water erosion, agricultural management, semiarid, high intensity rainfalls.

Resumen. Se comparan las respuestas hidrológicas y erosivas de diferentes sistemas demanejo agrícola en parcelas de tipo USLE y en laderas agrícolas afectadas por un episodioaislado de elevada intensidad de lluvia. Se analiza el efecto de algunos factores claves que,en las condiciones agroambientales del área de estudio (comarca de Torrijos, Toledo), deter-minan la intensidad de los procesos erosivos. Los resultados indican el papel predominanteque desempeña tanto el recubrimiento de la superficie del suelo como la orientación de larugosidad superficial generada por los surcos de laboreo, para determinar la respuesta erosi-va de los campos. El conjunto de resultados revelan la necesidad de validar y evaluar la efi-cacia de las distintas prácticas de conservación a las condiciones ambientales específicas delterritorio donde van a ser aplicadas. En el área de estudio, se pone de manifiesto la predomi-nancia de los efectos erosivos de los episodios de extremos de elevada intensidad de lluviafrente a los efectos acumulados de episodios de moderada y baja intensidad pero mayor fre-cuencia. Se concluye la necesidad de evaluar la eficacia de las distintas prácticas de conser-vación durante los episodios extremos.

Palabras clave: Erosión hídrica, manejo agrícola, semiárido, episodios extremos.

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INTRODUCCIÓN

En comparación con otras zonas natura-les, en las que los rasgos erosivos talescomo las incisiones de regueros y cárcavaspermanecen visibles una vez que han sidoformados, la degradación de los suelos enlos campos agrícolas no es tan claramentemanifiesta ya que las prácticas de laboreoeliminan periódicamente estos rasgos erosi-vos superficiales. Sin embargo, el paisajeagrícola mediterráneo se caracteriza por lapresencia generalizada de suelos truncadosen las lomas y hombreras, que sin duda sonel resultado de la acción de los procesoserosivos. Los Mapas de Estados Erosivosrealizados por el ICONA (MOPT, 1992)aplicando el modelo USLE (Wischmeier ySmith, 1978), para todo el territorio nacio-nal, revelaron la importancia de la degrada-ción del suelo en las áreas agrícolas. El 73%de las pérdidas totales de suelo tiene lugaren campos de agricultura extensiva de culti-vos de secano herbáceos, arbóreos y viñe-dos, y hasta el 11% tiene lugar en terrenosde erial o con matorral y arbolado disperso.De la revisión bibliográfica se concluye quela información actualmente disponible encuanto a tasas reales de erosión medidas encampo es muy reducida, y resulta claramen-te insuficiente para validar y calibrar losdiferentes modelos existentes para estimarla pérdida de suelo (ej. RUSLE, WEPP,etc.), respecto a las condiciones ambientalesy características particulares de las áreasmediterráneas y, más concretamente, en lospaisajes agrícolas del interior peninsular.Más aún, se carece de la información básicanecesaria para establecer el estado actual de

conservación de los suelos y con ello esti-mar y zonificar los valores de pérdida desuelo que podrían ser considerados comomáximos tolerables a lo largo del territorio(Schmidt, et al. 1982).

En este trabajo, se comparan las res-puestas hidrológicas y erosivas de diferentessistemas de manejo agrícola aplicados enparcelas experimentales de tipo USLE bajocondiciones de lluvia natural, así como enladeras agrícolas afectadas por un episodioaislado de elevada intensidad de lluvia. Seanaliza el efecto de algunos factores claveque, en las condiciones agroambientales delárea de estudio, determinan la intensidad delos procesos erosivos, como son el recubri-miento de la superficie del suelo y la orien-tación de la rugosidad superficial generadapor los surcos de laboreo.

MATERIAL Y MÉTODOS

El área de estudio se sitúa en la regióncentral de la cuenca del Tajo, en la comarcade Torrijos (Toledo). El clima es de tipomediterráneo continental semiárido (Oliveret al., 1985) con una precipitación mediaanual en torno a 450 mm. El relieve es sua-vemente ondulado con pendientes mediasgeneralmente inferiores al 15%. La litologíase caracterizada por presentar materialessedimentarios no consolidados de edadMioceno, constituidos fundamentalmentepor arcosas con frecuentes intercalacioneslutíticas. Los suelos dominantes sonLuvisoles cálcicos (LVk), vérticos (LVv) oháplicos (LVh) (FAO, 1989) caracterizadospor presentar un horizonte superficial Ap detipo Ocrico de estructura débil y textura

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TABLA 1: Propiedades físicas y químicas del suelo en el campo experimental.

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franco-arenosa y, y un horizonte subsuperfi-cial Bt de tipo Argico de estructura fuerte-mente desarrollada y textura generalmentefranco-arcillo-arenosa (Tabla 1).

Parcelas experimentales para el con-trol de la producción de escorrentía ysedimentos

La cuantificación de las pérdidas desuelo por erosión en parcelas experimenta-les se realizó en las instalaciones de la FincaExperimental La Higueruela (CCMA-CSIC), en Santa Olalla (Toledo). Las parce-las experimentales (Figura 1) correspondenpor su tamaño y características al tipo deparcela USLE (Wischmeier y Smith, 1978),de una superficie total de 125 m2, 25 m afavor de la pendiente y 5 m de anchura, yuna pendiente media del 9%. Una descrip-ción detallada de las instalaciones y de lainstrumentación utilizada para el registroautomático de la producción de escorrentíay sedimentos se recoge en De Alba (1997).En las parcelas se estudió la repuesta hidro-lógica y erosiva de cuatro sistemas de mane-jo diferentes: a) Cultivos herbáceos median-te técnicas convencionales de laboreo; b)Cultivos herbáceos mediante prácticas deNo-laboreo; c) Barbecho convencional(Barbecho blanco); y, d) Abandono y desa-rrollo espontáneo de la vegetación.

Medición directa en campo de laspérdidas de suelo por reguerización yacarcavamiento durante episodios extre-mos de elevada intensidad de lluvia

Se estudiaron los efectos erosivos de unepisodio tormentoso ocurrido en la localidadde Rielves (situado a aproximadamente 20km de distancia de las instalaciones de lafinca La Higueruela). La tormenta tuvo lugaren el mes agosto de 1995 y correspondió aun fenómeno atmosférico de tipo convectivode desarrollo vertical, en el que se registróuna precipitación total de 70 mm en 45minutos. Para cuantificar las pérdidas desuelo, se seleccionaron cuatro laderas decontrol en las que se observó la presencia desistemas de regueros y cárcavas efímerasformados durante la tormenta. En estas lade-ras, las pérdidas de suelo fueron calculadasmediante técnicas volumétricas para la cubi-cación de los volúmenes ocupados por losregueros y cárcavas (volúmenes equivalentesa los de suelo desplazado). En cada ladera serealizó una cartografía detallada de las redesde canales y mediciones en campo de lassecciones y longitudes de los distintos tra-mos de los canales. Una descripción detalla-da de los métodos aplicados de campo y parael cálculo volumétrico de las pérdidas desuelo puede verse en De Alba (1997). Entodos los casos, se tomaron muestras desuelo con objeto de determinar su densidad

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FIGURA 1: Instalaciones de las parcelas experimentales en la Finca La Higueruela (CCMA-CSIC,Toledo).

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aparente y con ella transformar los volúme-nes calculados de suelo evacuado a unidadesde peso. Por último las tasas de pérdida desuelo por unidad de superficie (t ha-1) se cal-cularon en relación con la superficie total dela ladera drenada por cada uno de los siste-mas de regueros.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Parcelas experimentalesEl periodo de experimentación cubrió

cuatro campañas agrícolas entre los años1993/94 y 1996/97). La precipitación anualmedia fue de 460 mm, con valores anualescomprendidos entre 275 y 573 mm. En enteperiodo se contabilizaron un número total deepisodios de lluvia próximo a 325 eventos.En general se trató de episodios de modera-da a baja intensidad de lluvia y con precipi-taciones acumuladas en 24 h (P24) siempreinferiores a 35 mm y tan sólo en tres ocasio-nes mayores de 30 mm (Figura 2).

En la Figura 3 se presenta la variabili-dad estacional de la erosividad de la lluvia,como valores medios mensuales del índicede erosividad R (Wischmeier y Smith,1978). El índice R fue calculado mediante elanálisis de 283 pluviogramas correspon-dientes a las cuatro campañas agrícolasentre 1993/94 y 1996/97 (De Alba, 1998).Se observa que casi el 50% de la erosividad

de la lluvia corresponde a las precipitacio-nes invernales que tienen lugar en los mesesde septiembre a enero. Un segundo máxi-mo, con un 34% del índice R total anual,corresponde a las precipitaciones de prima-vera entre los meses de abril y mayo.

En las parcelas cultivadas, el tipo demanejo determina la variabilidad estacionaldel recubrimiento del suelo y por tanto lavariabilidad del grado de protección delsuelo frente a la erosividad de la lluvia(Figura 3). Para los dos sistemas de manejo,Laboreo convencional y No-laboreo, el recu-brimiento del suelo muestra una elevadavariabilidad en función del cultivo realizadode girasol o cebada, así como una acusadavariabilidad estacional. La Figura 3 muestraclaramente que el No-laboreo da lugar a unaprotección del suelo significativamentemayor que el Laboreo convencional, debidoa que con el primero permanece sobre lasuperficie del suelo la práctica totalidad delos rastrojos del cultivo anterior. El Laboreoconvencional resulta particularmente desfa-vorable en el caso del cultivo de girasol,dado que en los periodos en los que las pre-cipitaciones desarrollan el máximo potencialerosivo, tanto en los meses de primavera deabril y mayo como de invierno de diciembrey enero, la superficie del suelo permanececompletamente desnuda. Para el cultivo decebada, las diferencias entre manejos tam-

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FIGURA 2: Precipitación acumulada (mm) de los episodios de lluvia registrados durante las campa-ñas agrícolas 1993/94 a 1996/97.

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bién son importantes en los meses de sep-tiembre a marzo. Cabe destacar que en elcaso del No-laboreo, el recubrimiento es aúnsuperior al representado en la Figura 3 debi-do a la acumulación adicional sobre lasuperficie del suelo de los restos de las malashierbas eliminadas mediante el uso de herbi-cidas. Por otro lado, el Barbecho convencio-nal representa el caso extremo en el que el

suelo se mantiene desprotegido durante todala campaña agrícola.

Para el periodo de experimentación, loscoeficientes de escorrentía (Ce) anualesmedios fueron máximos para las parcelasmanejadas mediante técnicas convenciona-les de laboreo, siendo del 11% para la par-cela cultivada mediante prácticas deLaboreo convencional y del 9% para la par-

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FIGURA 3: Variabilidad estacional del recubrimiento del suelo (%) como resultado de dos alternati-vas de sistemas de manejo: Laboreo Convencional y No-Laboreo; para la rotación de cultivos cebada-girasol. El recubrimiento del suelo se compara con la variabilidad estacional de la erosividad de la llu-via (Factor R de la USLE, % del total anual).

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cela mantenida en Barbecho; mientras queen la parcela de No-laboreo el Ce anualmedio se limito al 6%. En cuanto a las pér-didas de suelo, la tasa de erosión fue máxi-ma en la parcela con Barbecho con 7.3 t ha-

1 año-1, seguida de las parcelas de Laboreoconvencional con 6.0 t ha-1 año-1 y de No-laboreo con 3.6 t ha-1 año-1. En la parcela deAbandono el desarrollo de la vegetaciónespontánea recubrió más del 70% de lasuperficie a partir de apenas 18 meses,dando lugar a coeficientes de escorrentía ytasas de erosión prácticamente nulos.

Efectos erosivos del episodio de eleva-da intensidad de lluvia

Como efectos erosivos del episodioextremo se observaron abundantes rasgosindicadores de fuertes pérdidas de suelotanto en las laderas como en los fondos de

pequeñas vaguadas y zonas de convergenciade la escorrentía superficial. En las laderas,la presencia de fenómenos de incisión line-al por reguerización y acarcavamiento semostró asociada principalmente a camposmantenidos en Barbecho y desprovistos decubierta vegetal alguna. En el resto de lade-ras, principalmente con cubiertas de culti-vos de girasol, rastrojeras de cereales ovegetación espontánea, los procesos fueronmucho más limitados y correspondieron afenómenos de erosión difusa.

Se seleccionaron como parcelas de con-trol, cuatro campos en Barbecho manejadosmediante prácticas convencionales de labo-reo (Tabla 2), en los que se observó la pre-sencia de redes de canales de regueros y cár-cavas efímeras (ej. Figura 4). Los campospresentaron longitudes máximas de entre 29y 136 m y pendientes medias del 8 al 18% y

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TABLA 2: Resumen de las características de manejo aplicado en los campos estudiados y afectadospor procesos de reguerización y acarcavamiento.

TABLA 3: Características morfológicas de los campos afectados por procesos de reguerización y acar-cavamiento.

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FIGURA 4: Formaciones de regueros en una ladera agrícola en condiciones de Barbecho convencio-nal (Barbecho blanco). La orientación de los surcos de labor es paralela a la dirección de la máximapendiente en el campo Rs1 y según una dirección oblicua a la de máxima pendiente en el campo Rs2(Rielves, Toledo).

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máximas de entre el 14 y 20% (Tabla 3). Encuanto a la extensión de las parcelas, desdela divisoria de aguas hasta la base de la lade-ra, presentaron superficies totales compren-didas entre 560 y 3320 m2. La tabla 4 reco-ge un resumen de las propiedades físicas yquímicas del suelo en los distintos camposestudiados.

Los resultados obtenidos a partir de lacubicación de los volúmenes ocupados porlos canales de regueros indican pérdidas desuelo comprendidas entre 5 y 56 m3 en lasdistintas parcelas. Por parcelas, las tasas deerosión variaron entre 755 y 119 t ha-1

(Tabla 5), que expresadas como valoresmedios equivalentes de rebajamiento de lasuperficie del suelo se sitúan entre 56.8 y7.7 mm respectivamente. Para el conjuntode parcelas la tasa media de pérdida desuelo resultó ser extraordinariamente eleva-da e igual a 351.2 t ha-1.

Es importante destacar que estas tasasde erosión tan sólo representan una estima-ción parcial de las pérdidas de suelo ocurri-das durante la tormenta, ya que los métodos

de campo utilizados no permitieron cuanti-ficar las pérdidas ocasionadas por procesosde erosión difusa o arroyada superficial. Enconsecuencia, las tasas de erosión obtenidasdeben ser consideradas como valores míni-mos de pérdida de suelo, siempre inferioresa las tasas reales.

Si se considera el periodo de retorno de9 años calculado para episodios de lluviasimilares en el área de estudio (De Alba etal., 1998), se obtiene una tasa anual mediaequivalente de 39 t ha-1 año-1 (Tabla 6).Adicionalmente, los resultados pusieron demanifiesto que la orientación de la rugosidadsuperficial (i.e., orientación de los surcos delabor) es un factor clave que condiciona lospatrones espaciales de concentración deescorrentía superficial y por tanto la capaci-dad erosiva de la escorrentía. Los valoresmáximos de pérdida de suelo correspondie-ron al campo labrado siguiendo una orienta-ción paralela a las curvas de nivel (laboreoen contorno o laboreo a nivel). La tasa deerosión fue intermedia en el campo labradosiguiendo una dirección oblicua respecto a la

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TABLA 4: Propiedades físicas y químicas del suelo en los campos estudiados.

TABLA 5: Tasas de erosión estimadas mediante métodos volumétricos.

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de la máxima pendiente y, en último lugar,las parcelas con los surcos paralelos a ladirección de la máxima pendiente presenta-ron los valores más reducidos de pérdida desuelo. Los resultados sugieren la existenciade un valor umbral máximo de intensidad delluvia a partir del cual el laboreo siguiendouna dirección paralela a la de las curvas denivel puede no ser una buena práctica deconservación, sino que por el contrarioincrementar de manera muy significativa laspérdidas de suelo (De Alba, 1998; De Alba yBenito, 2002). Esta última conclusión puederesultar inesperada dado que el laboreo anivel tiende a ser considerado como unapráctica de conservación de aplicación uni-versal para reducir la erosión hídrica. Sinembargo, los resultados y conclusiones obte-nidos están en consonancia con diversosantecedentes recogidos en la literatura.Destacan entre otros los trabajos de Smith etal. (1945), Wischmeier y Smith (1978) yFoster et al. (1997), en los que se indica queel laboreo a nivel aplicado por si sólo amenudo resulta ineficaz para el control de laerosión hídrica. En España, destaca la publi-cación de 1957 del Servicio deConservación de Suelos del Ministerio deAgricultura (SCS, 1957) en la que se indica

que el cultivo a nivel no es aconsejable en elcaso de suelos arcillosos o que presentanhorizontes subsuperficiales de permeabili-dad reducida y en zonas sujetas a lluviasintensas. López Cadenas (1998) indica quelas prácticas culturales a nivel tan sólo soneficaces en terrenos con pendientes inferio-res al 12% y cuando la pluviometría es derelativamente baja intensidad y volumen.

CONCLUSIONES

Los sistemas de manejo agrícola conprácticas convencionales de laboreo danlugar a tasas de erosión muy superiores a losvalores que deberían ser considerados comomáximos tolerables en el área de estudio,que en el caso más favorable de edafogéne-sis nunca deberían superar tasas anuales de11.2 t ha-1 año-1 (De Alba, 1998). Los resul-tados obtenidos indican que para las condi-ciones experimentales, el modelo de manejode No-laboreo reduce de forma muy signifi-cativa tanto las pérdidas de suelo por erosiónhídrica como de agua por escorrentía super-ficial respecto al Laboreo convencional. Detal modo que en las parcelas experimentaleslas tasas de erosión se redujeron en torno al30% (Ce= 9% frente a Ce= 6%) el coeficien-

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1 Tasa anual media equivalente considerando el periodo de retorno de 9 años para el episodio de ele-vada intensidad registrado en Rielves (1995).

2 Tasa de erosión media registrada en la parcela de Barbecho blanco durante el periodo 1993/94-96/97en la Finca Experimental La Higueruela.

TABLA 6.- Importancia relativa de los efectos erosivos de los episodios de lluvia de moderada y bajaintensidad frente a los de episodios extremos.

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te de escorrentía y en aproximadamente un40% la tasa de erosión (6 frente a 3.6 t ha-1

año-1). En cuanto al modelo de abandono, laspérdidas de suelo y de agua por escorrentíapasaron a ser no significativas como resulta-do del rápido desarrollo de una cubiertavegetal espontánea.

El caso extremo de manejo desfavora-ble correspondió al Barbecho convencional.Si se contabilizan conjuntamente las pérdi-das de suelo medias anuales registradas enla parcela experimental (7.3 t ha-1 año-1) ylas tasas anuales equivalentes producidasdurante episodios de lluvia de elevada inten-sidad (39.0 t ha-1 año-1), se obtiene una tasade erosión anual media de 46.3 t ha-1 año-1,que corresponde a rebajamientos de lasuperficie el suelo de entre 3.1 y 3.6 mmaño-1 (para densidades aparentes del suelode 1.5 y 1.3 gr cm-3 respectivamente). Sepone de manifiesto la predominancia de losefectos erosivos de los episodios de extre-mos de elevada intensidad de lluvia frente alos efectos acumulados de episodios demoderada y baja intensidad pero mayor fre-cuencia. De acuerdo con las tasas de erosiónobtenidas, los episodios de elevada intensi-dad serían los responsables de más del 84%de las pérdidas de suelo anuales medias.

El conjunto de resultados revelan lanecesidad de validar y evaluar la eficacia delas distintas prácticas de conservación paracombatir la erosión hídrica, a las condicio-nes ambientales específicas del territoriodonde van a ser aplicadas. Los resultadosindican el papel predominante que desem-peña tanto el recubrimiento de la superficiedel suelo como la orientación de la rugosi-dad superficial generada por los surcos delaboreo, para determinar la respuesta erosi-va de los campos. Este es el caso del labo-reo siguiendo una dirección paralela a la delas curvas de nivel, que a pesar de ser consi-derado como una práctica universal de con-servación. Los resultados obtenidos enCastilla-La Mancha revelan que esta prácti-

ca puede intensificar muy significativamen-te las pérdidas de suelo durante episodios deelevada intensidad de lluvia.

AGRADECIMIENTOS

Los autores quisieran expresar su agra-decimiento al personal de la FincaExperimental La-Higueruela (CCMA,CSIC), por su colaboración en el manteni-miento y seguimiento de las parcelas expe-rimentales. La realización de este trabajo hasido posible gracias a la financiación de uncontrato de investigación del ProgramaRamón y Cajal (MCyT), la Junta de CC. deCastilla-La Mancha y del Ministerio deMedio Ambiente en el marco de la RESEL.

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